JPS61160934A - 投影光学装置 - Google Patents

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】 〔発明の属する分野］ 本発明は、高度な光学性能〈例えば結像性能、ディスト
ーション、倍率等）の安定Ｉｌｌ￥１あるいは＄ｌＩｗ
Ｊを可能にした投影光学装置に関する。

具体的には、屈折光学系では、気圧、温度、湿度等の要
因によって空気の屈折率が変化することに因り、ピント
位置、倍率、ディストーション等の光学性能が僅かなが
ら変化する。本発明は、このような光学性能の微小な変
化をもさらに減少した、例えばｌＣｆｌＬＳＩ等の半導
体装筒の製造に使用されるリピータおよび投影露光装置
等の投影光学装置に関する。

［従来の技術］ 屈折光学系における結像性能が気圧、温度、湿度等に因
り僅かに変化することは公知である。それは、気圧およ
び湿度が変化した場合は空気の屈折率が変化し、また、
温度変化の場合は空気および硝子の屈折率が変化すると
共に熱＊＠Ｃ収縮）に依る硝子および支持金物の変形が
生じることに起因するものである。

また、半導体装置の製造に採用されるステッパ、リピー
タ等で使用される投影レンズにおいては、それに依って
製造される半導体装置の高集積化および線幅の微細化が
近年特に進むことに伴って、上述した光学性能の僅かな
変化が問題とされるに至った。

このような光学性能の変化をもたらす１要因である温度
についてはυＩｌｌが比較的容易であり、光学性能変化
の他の要請もあって、温度ＩＩＩ　ＩＩＩは従来から常
識化している。また、光学性能変化をもたらす他の１要
因である湿度については、それ単独では光学性能への影
響が橿めて微小な故に厳密なυ１ｗＪは不必要とされて
いる。

しかしながら、気圧は、その変化の光学性能へ与える影
響が比較的大きく、かつｉ、＋＋　１１１　Ｌ　ｘｉい
要因である。

従来から気圧に起因するフォーカス変動に対しては、気
圧を監視することに依り、気圧の変化係数に基づいたオ
フセットをフォーカスＭａｉｌ系に与えれば、比較的容
易に対処することができる。しかし、倍率およびディス
トーションについては、装置中でこれらを制御すること
は実際上かなり困難であった。そのため、温度制御が比
較的容易であることに着目して、気圧変化に見合う分だ
け温度を可変制御することに依って補正を行なっていた
。この場合、気圧と制御された結果の温度とをモニタし
、ピント係数に基づいてピントずれを算出して、それを
オフセットとしてフォーカス１ｌｌｔｌｌ系に与えるシ
ステムも考えられる。

しかしながら、このような温度１１１ｔＸｌに依る光学
性能の補正については他への影響をも考える必要がある
。例えば被露光物（ウェハ）の熱膨張（収縮）等、温度
変化と他要素との因果関係もあり、単に光学性能の補正
のためのみに濃度１１Ｊ　ｔｌｌを行なうことは実際的
でない。

ところで、′光学機器が有する投影光学系に着目すると
、気圧が倍率およびディストーションに特に鋭敏に影響
を及ぼす部分がある。そのため、投影レンズ系を構成す
るレンズと１１筒とで囲まれたある特定空間のみの気圧
をＩＩＩ　ｆｉｌｌすることに依り、倍率およびディス
トーションを１００することは原理的に可能といえる。

しかし、地上での気圧変動を約±２％（０，０２＃／ａ
Ｊ）と想定しても、このような気圧差がレンズの両側に
生じた場合、その分布圧による光学硝子の変形に起因す
る光学性能の変化は許容値を大きく越えてしまい実用的
ではない。

以上のとおり、多数の外乱要因が複雑に光学性能に影響
を及ぼすものであり、特に各要因はいくつかの性能の変
化を生じさせている。これらの影響を排除して光学性能
の変化を補正する手段が実行困難な現状である。そこで
、本発明者は、光学性能に影響を及ぼす要因を定常化さ
せるのが極めて妥当なＨＩＷ！であると認識するに至っ
た。

［発明の目的］ 本発明は、上述した認識に基づいて、光学性能に悪影響
を及ぼす要因を定常化させて当該光学性能の安定維持お
よびｌｉＩＪｗＪを行なえる露光装置を提供することを
目的とする。

［発明の構成］ 上述した目的を達成するために、本発明では、光学系の
光学性能に敏感な構成要素を気茫室に収納し、当該気密
至の内部での外乱要因を定常化させる構成としている。

［実施例の説明］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るステッパの構造を示
す。同図においては、ステッパの基本的な構成要素であ
る照明系１０、レチクル２１、投影レンズ２３、ウェハ
（被露光物）２５およびＸＹステージ２１を模式的に示
しである。

これらレチクル２１、投影レンズ２３、ウェハ２５オよ
びＸＹステージ２７を含む部分を図中ハツチングで示す
部分で気密に保っている。つまり、外周側はチャンバ３
１およびサドル３３で、下部は定盤３５でそれぞれ覆い
、また、照明系１０からの照射光を導入する上部は透光
性の平行平面硝子３７を設置して密閉を行なっている。

ここで、外気圧よりも内部気圧が低くなると外部の汚れ
た空気を吸入してしまうこととなるので、充分な気密性
を保持する必要がある。なお、実際上、このようなステ
ッパには気密室内の保守を行なうための開閉窓、内部を
観察するための硝子窓等も必要であるが、ここでは省略
する。

このようにチャンバ３１、サドル３３、定盤３５および
平行平面硝子３７に依って形成される気密室４０の内部
気圧および温度を１１ｍ１するために、サドル３３側に
吸気孔４１を、かつその反対側面のチャンバ３１に排気
孔４３を設け、それぞれは送風ファン４５と吸気側ダク
ト４７オよび排気側ダクト４９のそれぞれを介して連通
している。また、吸気孔４１には吸気側絞り弁５１が、
排気孔４３には排気側絞り弁５３がそれぞれ孔内に設置
されており、これら両校り弁５１および５３のそれぞれ
を駆動する第１七−タ５５および第２モータ５７が連結
されている。

また、排気孔４３の上部でチャンバ３１に吸気微調孔５
９が、かつ平行平面硝子３７と同一面上に排気微調孔６
１がそれぞれ形成されている。それぞれの孔５９、６１
内にはフィルタ６３および６５が対応設置され、その外
側には吸気微調弁６７および排気ｖｌＩ調弁６９を設け
て、それぞれを絞り駆動するための第３モータ７１およ
び第４モータ７３を連結している。

さらに、気密室４０内には、吸気孔４１の内部側にフィ
ルタ７５を配設すると共にそれと面して気密室側に温度
センサ７７を取り付けており、定盤３５上に気圧センサ
７９を配置している。

吸気側ダクト４７には、ヒータ８１および冷凍器８３を
含む温調部８０が間挿されており、送風ファン４５には
駆動用のファンモータ８５が連結されている。

これら温調部８０、ファンモータ８５および４つのモー
タ５５．５７．７１．７３の駆動制御は、気密室４ｏ内
に設けた温度センサ７７Ｉ５よび気圧センサ７９の検知
情報（温度および気圧）に基づいて行なわれる。

次に、上記構成に係るステッパにおける外乱要因の定常
化作用について述べる。送風ファン４５は、吸気側ダク
ト４７、温調部８０、吸気側絞り弁５１（＋５よびフィ
ルタ７５を通して、サドル３３の背面から気密室４０に
空気を送り込む、さらに、その排気は、排気側絞り弁５
３および排気側ダクト４９を経て再び送風）７ン４５の
吸気口に戻され、一連の閉ループを形成する。

また、外気圧との関係で気密４０内の気圧を微調整する
こともできる。吸気微調弁６７を開方向とすると外気が
気密室４０内に導入され、また排気微調弁６９を開方向
に駆動すると気密室４０から空気が排出されるものであ
る。

このような手段に依って気密ｖ４０内の気圧の定常化を
図っている。

また、温度の定常化については、温度センサ７７の検知
温度に基づいて、気密室４０内の温度が高くなったら温
調部８０の冷凍器８３を、−りなったらヒータ８１をそ
れぞれ駆動制御する。これによって温調部８０から冷気
あるいは暖気を気密室４０に供給している。

第２図は、第１図に示したステッパにおける気圧および
温度の定常化を図るためのＩｌｌ　１ｌｌｌｌ系統を示
すブロック図である。定常化に必要なｔ、＋１ｒＢａ作
は、マイクロプロセッサおよびメモリ等で構成されるＩ
ＩＩｗＪ部１１０に依って司られる。

以下、第１図および第２図を参照する。気密室４０内に
設置した気圧センサ７９に依って検知された絶対気圧を
示す気圧信号１２１がＭ　１ｍ部１１０に供給される。

制御部１１０には、気密室４０内の気圧を定常化したい
一定値たる指定値（目標値）が予め設定記憶されている
。依って、気圧信号１２１で表わされる検出気圧と指定
値との相互間にずれがある場合には絞り弁のＲＭを行う
。先ず検出気圧が低い場合には、吸気側絞り弁５１を開
方向に、かつ排気側絞り弁５３を開方向にそれぞれ駆動
するように、第１モータ５５および第２モータ５７に第
１絞り制御信号１２３および第２絞りＩＩＪ　ｔｉｌｌ
信号１２５を供給する。

逆に検出気圧が高い場合には、吸気側絞り弁５１を閉方
向に、かつ排気側絞り弁５３を開方向にそれぞれ駆動す
る両制郊信号１２３および１２５を制御部１１０に依っ
て発生する。これら両絞り制御信号１２３および１２５
に応じて両絞り弁５１および５３が開、閉ｖ制御される
こととなり、送風ファン４５に依る吸排気の圧力が調整
されて気密室４０内の気圧が指定気圧へと定常化される
。

ところで、検出気圧と指定気圧との差が大きいときは吸
気側絞り弁５１あるいは排気側絞り弁５３が閉状態とな
り、また、気圧差が小さいときには両絞り弁は共に開状
態となる。気密室４０内を流れる空気量を略一定にする
ことが望ましいので、両絞り弁５１および５３の開閉度
合を検出しくその手段については省略する）、それらの
絞り弁情報と検出気圧とに基づいてファンモータ８５の
回転パワー゛を制御するファンｉｌｌ　ＩＩＩ信号１２
７を発生している。

このような吸気側絞り弁ｓｉ＆′３よび排気側絞り弁５
３は定常流を前提として開、閉設窓されるので、気密室
４０内の微少な気圧゛制御は困難である。そこで、検出
気圧が低い場合には吸気微論弁６７を開方向へ、検出気
圧がａい場合には排気ｇｉ調弁６９を開方向へそれぞれ
υｌ１ｉｌｌするように、第３モータ７１および第４モ
ータ７３に微調絞り制御信号１２７および１２９を１１
１１１部１１０からそれぞれ供給する。それに囚って気
密室４０内の絶対気圧が微調整されて高精度で定常化が
図られる。

次いで、気密室４０内における温度の定常化動作′につ
いて述べる。気密室４０内に設置された゛温度センサ１
１に依って当該気密室４０内の温度が検知され、その検
出温度を表わす温度信号１３１が制御部１１０に供給さ
れる。υ１ｗ部１１０には、気密室４０内の定常化を図
りたい温度指定＆ＩＩ（目標値）が予め設定記憶されて
いる。この温度指定値と検出温度とに差が生じれば、検
出温度の高、低に応じて、冷凍器８３、ヒータ８１をそ
れぞれ付勢すると共にその冷凍器、加熱度を−１１１１
する温調信号１３３が温調部８０に供給される。かよう
なｉｌｌ温みよびそれに応じた温度！１１′ｍは連続的
に行われて、ファン４５に依って送られて来る空気の温
度が一定となるように温調される。その温調された空気
はフィルタ１５の通過後はぼ定常的な流れとなって、投
影レンズ２３の上下およびステージ２７の周囲へと流れ
る。その結果、気密室４０内の温度の定常化が図られ、
当該室内における各部の温度が定常維持される。

このようにして、気圧および温度の定常化が図られるこ
とにより光学性能の安定維持が実現される。

本実施例のように気密室４０を形成することは装置の構
成が１１雑化するように見えるが、高精度に組み立てら
れた投影レンズの一部を調整駆動して倍率およびディス
トーションを補正するような装ｆｉｌ成よりも簡単であ
って実施容易である。気密室４０内に装置の主要部分が
格納されているので、外部環境から隔離されており、塵
埃の影響を受けないといったメリットがある。

第３図は本発明の別実施例におけるｉｌｌ　ｌ！ｌ系統
を示す。図において第２図′と異なる点は、温度をも検
知して気圧の制御を行うようにしたことである。

第３図において湿度センサ２１１を気密室４０（第１図
参照）内に設置し、当該気密室４０内の検出湿度を表わ
す湿度信号２１３をυ制御部１１０に供給する。

また、指定値設定部２２０に依って気圧、温度および湿
度を予め設定しておきｔｌＪ御部１１０に記憶させてお
く。更に、光学性能設定部２３０に依ってピント位置、
倍率およびディストーションの変化係数並びにこれらの
目標値を１１１１１部１１０に予め設定記憶させておく
。詞Ｉｌｌ郡？１０の制−出力は外部要囚制ｔｇ＋ｍ構
部２４０に供給されるようになっている。

この外部要因制御機構部２４０としては、被伺ｍ要因が
気圧のみならば第１．２図に示した４つのモータ５５．
５７．７１および７３並びにファンモータ８５および送
風ファン４５で構成され、また被制ｉｉ囚が気圧および
温度であれば温調部８０をも含めた構成となっている。

このような構成において、気密室４０内の気圧、湿度お
よび温度のいずれかが変化すれば、気圧センサ１９によ
る気圧信号１２１、湿度信号２１３および温度信号１３
１で表わされる検出値に応じて、ｔｉｌｌ　ｙａ部１１
０に予め設定記憶されている光学性能（ピント位置、倍
率、ディストーション）の変化係数に基づいて光学性能
が演篩される。これら演篩された光学性能が、ｌ１１１
１！Ｊ部１１０に予め記憶されでいる光学性能の目標値
と比較される。それらの差が最小となるように気圧変化
分のみ、あるいは気圧と温度との両度化分に換算して外
部要因制御機構部２４０に供給し、気圧のみ、あるいは
気圧と温度との両方を可変−１ｔｌｌする。これにより
、外部要因の変化にも拘らず光学性能を安定維持するこ
とができる。

ところで気圧の変化は直接に光学性能のみに影響するの
で本実施例のように気圧をｔｉ制御して倍率およびディ
ストーションを強制的に変化させても、従来のような温
度可変に伴う弊害はない。

なお、第１図にて示した実施例では吸気微調弁６１およ
び排気微調弁６９として別個に設けているが、吸気およ
び排気を１個の弁で共用してもよい。但し、かような共
用の場合には、排気の際にフィルタに集めたごみが吸気
の際に気密室４０内に敗ることとなってしまう。従って
、本実施例のように吸気および排気弁は別個に形成した
乃が良い。また、吸気微調弁６７をメインの排気が行な
われる排気孔４３の近傍に形成することにより気密室４
０内での温度の影響を微少にすることができる。

また、上述した実施例においては、レチクル２１、投影
レンズ２３、ウェハ２５（被露光物）といった投影光学
系のみを気密室４０内に収納して、気圧および温度の定
常化を図る制御をなすものについて説。

明した。ところがステッパには、その他のアライメント
光学系、オートフォーカス光学系等の光学システムがあ
る。これらも同様に気圧、温度および湿度の影響を僅か
ながら受けるので、これらも必要に応じて気密室４０内
に収納させるのがよい。

光学系以外にもエアマイクロによるフォーカス検知機構
等も気圧の影響を受けるものであるから、かような機構
も気密室４０内に収納するならばより効果的といえる。

さらに、本発明実施例では半導体製造装置について示し
たが、これに限られるものではない。高精度な光学性能
が要求される光学装置あるいはシステムにおいても気圧
、温度および湿度の少なくとも１つに因って性能が影響
を受ける場合、その外乱要因に対して敏感な構成要素部
分を特に気密室内に収納するようにして、本発明は同様
にして広く適用できるものである。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、気密室内にて光学性能に
影響を与える外乱要因たる気圧、温度おるいは湿度の定
常化を図ることによって、光学性能を安定に維持するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による露光装置の一実施例における装置
構成を示す断面図、第２図は第１図に示す装置のｔｉＩ
Ｉ！！Ｉｌ系統を示すブロック図・、第３図は本発明の
別実施例における別な制御系統を示すブロック図である
。 １０：照明系、２０：照射光束、２１ニレチクル、２３
：投影レンズ、２５：ウェハ、３１：チャンバ、３３：
サドル、３５：定型、３１：平行平面硝子、４０：気密
室、４５：送風ファン、５Ｌ　５３：絞り弁、５５、５
７．７１．７３：モータ、７７：温度センサ、１９：気
圧センサ、８０：温Ｗ部、１１０：制御部、２１１：湿
度センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原板のパターンを被露光物に投影光学系を介して投
   影もしくは投影露光する投影光学装置において、少なく
   とも前記原板、被露光物および投影光学系を収納して外
   気から遮断する気密室と、該気密室の気圧を制御する手
   段を設けたことを特徴とする投影光学装置。 ２、前記気密室内に、さらに原板を照明する照明光学系
   、前記原板と被露光物の相対位置合せをするアライメン
   ト光学系、および前記投影レンズを囲い込んだ特許請求
   の範囲第１項記載の投影光学装置。 ３、前記気圧制御手段が、前記気密室内の気圧を一定に
   制御するものである特許請求の範囲第１または２項記載
   の投影光学装置。 ４、前記気密室内に気圧センサ、温度センサおよび湿度
   センサを配置し、前記気圧制御手段に気圧、温度および
   湿度のそれぞれの変化に対するピント位置、倍率および
   ディストーシヨンの変化係数を記憶させ、少なくとも気
   圧をこれらのピント位置および倍率の目標値との偏差な
   らびにディストーシヨンが最小となるように制御する特
   許請求の範囲第１、２または３項記載の投影光学装置。