JPH0196930A - 転写装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマスクのパターンを対象物に転写する転写装置
に関し、特に特殊な雰囲気中を通って転写用のｔＭＩ線
エネルギー（例えば軟Ｘ線等）がマスク（又は対象物）
に照射される方式の転写装置に関する。

〔従来の技術〕

半導体素子の微細化、高密度化の要求に応じて従来の光
露光方式に代る転写装置としてＸｖＡ露光装置が注目さ
れている。Ｘ線露光装置の線源は、ターゲットに電子線
をあてて特性Ｘ線を得る方式、放電によりガスをプラズ
マ状態にし、パルスＸ線を得る方式、又はシンクロトロ
ン軌道放射光（ＳＯＲ）から得る方式等が知られており
、半導体リソグラフィに使われるものは波長１Å以上（
通常５〜５０人）の軟Ｘ線である。軟Ｘ線は大気中では
著しく減衰を受けるため、線源からマスク又は半導体ウ
ェハまでの機械的な空間をチャンバーで密封し、減衰の
少ないヘリウム、水素等のガスに置換して露光を行なう
ことが知られている。

この場合、マスクとウェハとは対向配置されるため、マ
スクと線源との間の空間に、マスク、ウェハを観測して
相対的位置合わせ（アライメント）を行なうための観測
光学系が設けられる。すなわちヘリウム等のガスが満さ
れたチャンバー内に観測光学系の一部が進入した構造が
採用される。

この構造においては、観測光学系の全体は金物で保持さ
れ、外側はチャンバー内のヘリウムが大気へリークしな
いようにほぼ密封構造の部材でおおわれている。さらに
観測光学系の全体構造体はチャンバー外壁の一部を貫通
してチャンバー内に進入しているため、その貫通部分に
はベローズ構造の密封シールが設けられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の構成では、観測光学系のうち少なくとも第１対物
レンズ系と反射ミラー等の部分かへリウムチャンバー内
に進入するようになっている。このため、観測光学系内
にヘリウムガスが徐々に入り込み、初期の光学特性（特
に焦点位置）が大きく狂ってくるといった問題が生じる
。特に第１対物レンズ系等は、それ自体鏡筒内に組み込
まれ、その内部に留った空気は、ヘリウムガスに置換さ
れにくい構造であった。

そこでヘリウムガスにさらされる観測光学系の外壁をす
べて密封構造とし、第１対物レンズ系も油浸レンズ等を
採用して気密性を高めることが考えられる。しかしなが
らヘリウムガスに対する気密構造はやっかいな点が多く
、チャンバー内の圧力が観測光学系内の圧力よりも陽圧
になった場合には、徐々にリークが進行してしまう。こ
のため装置を立上げる際はさほど影響がなくても、長期
間使用していくうちに観測光学系の特性が徐々に狂って
しまうといった問題は同様に生ずる。

〔問題点を解決する為の手段〕

そこで本発明では、ヘリウム等の気体を満したチャンバ
ー内に一部が進入する観測手段の対物光学系（第１対物
レンズ系等）を含む観測光路の一部を、チャンバー内と
連通させるための開口部と、その観測光路の一部に満さ
れた気体がチャンバー外の空間、あるいは観測手段の対
物光学系以降の光学系が収納された空間にリークしない
ようにするシール部とを観測手段に設けるようにした。

〔作用〕

本発明においては、チャンバー内に進入している観測光
学系の一部の光路空間を、常にチャンバー内の気体で満
されるように構成することにより、装置立上げ時にチャ
ンバー内を空気からヘリウムガスに置換する際、光路の
一部もすみやかにヘリウムガスに置換される。このため
、観測光学系の光学特性を極めて短時間に安定させるこ
とができ、装置稼動率を飛躍的に高めることが可能とな
る。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例による転写装置の構成を
示し、全体的な配置は従来のものと同様である。高真空
のＸ線発生装置６内の線源ＯＸからのＸ線は、ベリリウ
等の第１取出し窓７を介して転写光軸ｌに沿ってチャン
バー１１内を進み、ポリイミド等の第２取出し窓８を介
してマスク９に照射され、マスク９と一定の間隔で、離
されるか又は密着されたウェハ１０にマスク９のパター
ンが転写される。

チャンバー１１の外壁には観測光学系本体３の対物光学
系部分が進入するための開口が設けられ、観測系本体３
は図中矢印Ｂのように可動とされ、第２取出し窓８を通
してマスク９、又はウェハｌＯのアライメントマークを
観測するためにチャンバー１１内に繰り出され、転写時
はマスク９のパターン領域に達するＸ線を遮へいしない
ように退避する。

チャンバー１１内にはヘリウム（Ｈｅ）ガスカ満される
が、このガスは観測系本体３の一部に設けられた流入口
に配管５を介して外部のヘリウム供給源から供給される
。ヘリウムガスは観測系本体３の内部に充満されるとと
もに、排出口４からチャンバー１１内に流れ出す、チャ
ンバー１１内のヘリウムガスはチャンバー１１の下部に
設けられた配管１２を介してチャンバー外へ排気される
。

不図示ではあるが、チャンバー内のヘリウムガスの濃度
（又は酸素濃度）や圧力は適当なセンサーで逐次モニタ
ーされ、常に所定の圧力となるようにヘリウムガスの供
給、排気が強制的に制御されている。このようにチャン
バー１１内がヘリウムガスで満されるため、観測系本体
３とチャンバー外壁との間には、気密性のベローズシー
ル２が設けられる。また観測系本体３内にもヘリウムガ
スが満されるため、本体３内の適当な位置に気密性のシ
ール部材１が設けられ、第１図中の斜線部のみがヘリウ
ムガスで満されるように制限される。

さて、第１図において観測系本体３は左右２ケ所にしか
図示していないが、実際は３ケ所又は４ケ所に設けられ
、それら全てにヘリウムガスの流入口と排出口４とが設
けられている。また観測系本体３の内部にはアライメン
トや焦点（ギャップ）合わせのための対物レンズ系や反
射ミラー等が設けられるが、それらの光軸ＡＸはマスク
９やウェハ１０に対しては垂直になるように設けられ、
チャンバー１１から外部へ突出する部分では水平になる
ように設けられる。尚、第１図における観測系本体３の
位置は転写時の退避位置を示す。

さて、第２図は観測系本体３内の具体的な光学系の配置
を示す、第２図において第１図の部材と同じものには同
一の符号をつけである。観測光学系本体３内には、マス
ク９のアライメントマークＭθ（又はＭＹ）を観測する
第１ミラー２ｏ、斜めの第１対物レンズ系２１．第２ミ
ラー２３、第３ミラー２４及び第２対物レンズ系２６が
代表的に配置されている。観測光学系の光軸ＡＸは、マ
スク９に対しては垂直になり、第１ミラー２０と第２ミ
ラー２３の間では斜めになり、第２ミラー２３と第３ミ
ラー２４０間では再び垂直になり、第３ミラー２４以降
では水平になる。先にも述べたように観測系本体３の全
体は矢印Ｂのように水平移動してアライメントマークＭ
θ（又はＭＹ）の位置に対応する。さらに第１ミラー２
０、第１対物レンズ系２１、及び第２ミラー２３は一体
となって、矢印Ａの如く上下動（マスク９の面と垂直な
方向の可動）可能に構成されている。これはマスク９（
又はウェハ１０）に対する焦点合わせのためである。こ
のような焦点合わせを可能とするため、第１対物レンズ
系２１から第２対物レンズ系２６までの間の観測光路は
アフォーカル系になるように設計されている。

第１図にも示したように、観測系本体３内の一部の光路
中にはヘリウムガスを満すため、本実施例では、第１対
物レンズ系２１の鏡筒に開口部２１ａ、２１ｂを設け、
例えばレンズ素子２２ａ。

２２ｂ間の空気間隔が速やかにヘリウムガスに置換され
るように構成される。そして第１ミラー２０から第３ミ
ラー２４までの光路中がヘリウムガスで満されるように
、第３ミラー２４と第２対物レンズ系２６との間に、光
学ガラスによるシール部材ｌを、０リング等のバッキン
グ部材２５ａ。

２５ｂを介して観測系本体３の内壁部に固定する。

これにより、ヘリウムガスは、観測系本体３内の第２対
物レンズ系２６の後方空間（大気）にリークすることな
くシールされる。シール部材１は、光学ガラスを平行平
板にしたものであり、系のアフォーカルな位置に設けら
れるため、アライメントマーク等の観測時に像質を劣化
させることはない。

以上のような構成により、配管５からのヘリウムガスは
、観測系本体３内の第１ミラー２ｏからシール部材１ま
での観測光路中の密封された空間に強制的に供給され、
第１対物レンズ系２１の鏡筒内に充満される。そして排
気口４を介してヘリウムガスはチャンバー内に供給され
る。

本実施例では、シール部材１は第３ミラー２４と第２対
物レンズ系２６との間に設けたが、その他第２ミラー２
３と第３ミラー２４の間、又は第１対物レンズ系２１と
第２ミラー２３の間等に設けても同様の効果が得られる
。ただし本実施例のように第１ミラー２０から第２ミラ
ー２３までが一体となって上下動する構造の場合は、第
２図に示した位置（上下動しない構造部分）にシール部
材１を設けた方が簡単である。それは第１ミラー２０か
ら第２ミラー２３までの可動構造体と、それ以降の構造
体（固定）との間をベローズ等のシール体で密封する必
要があるからである。

第３図は本発明の第２の実施例による転写装置の構成を
示し、先の第１実施例と異なる点は、ヘリウムチャンバ
ー１１の第２取出し窓８がマスク９で兼用されたことで
ある。すなわちチャンバー１１の下部開口をマスク９で
密閉するような構成とし、マスク９の上面までヘリウム
ガスが満されるようにしたものである。このような構成
の転写装置の場合は、マスク９を交換するたびに、チャ
ンバー１１内に空気が入り込むため、新たなマスクをセ
ットした後はただちにヘリウムガスへの置換を行なわな
ければならない、このため第２図に示したような観測光
学系本体３を同様に設け、チャンバー１１内をヘリウム
に置換すれば、置換完了後は観測光学系の光学特性が安
定したものになっているので、ただちにアライメント動
作、転写動作に移ることができる。もし従来のような不
完全に密封された対物レンズ系等を用いると、チャンバ
ー内のヘリウム置換が完了した後、観測光学系の光学特
性が徐々に狂ってくるため、装置をしばらく使っていく
うちにアライメント動作、特に焦点合わせやギャップ設
定動作に不都合が生じることになる。しかしながら、本
実施例のような構成とすれば、ヘリウム置換後は光学特
性の変動が生じないので、上記の如き不都合は生じない
。

さらに、第１、第２の実施例において、ヘリウムガスの
供給は観測光学系本体３から強制的に行なったが、観測
系本体３、及び内部の第１対物レンズ系２１の鏡筒には
単に開口部のみを設けておき、ヘリウムガスの供給はチ
ャンバー１１の外壁から行なうようにしてもよい。もち
ろんチャンバー１１内に直接ヘリウムガスを供給する系
（チャンバー用）と、観測系本体３内の密封空間内に直
接ヘリウムガスを供給する系（観測系用）との２系統を
設けてもよい。そして装置立ち上げ時、又はマスク交換
時にはチャンバー用と観測系用の２系統を同時に使って
速かにヘリウム置換を行ない、置換完了後はどちらか一
方の系統、例えば観測系用のヘリウム供給系を用いて、
チャンバー内圧力の安定化のためにわずかな量のヘリウ
ムガスをフローさせるようにしてもよい、また、観測系
本体３内のシール部材１の近傍等にヘリウム濃度（又は
酸素濃度）をモニターするセンサーを設け、置換の程度
を確認することもできる。また、その他、ヘリウムチャ
ンバー内にマスクとウェハの両方を密封してしまう方式
の転写装置で、そのチャンバー内に観測光学系の一部が
入り込む構成の場合でも、本発明は全く同様に適用でき
る。

〔発明の効果〕

以上本発明によれば、転写用のマスクに照射される電磁
波エネルギー（軟Ｘ線等）が通る特殊な雰囲気中で、マ
スク、又は転写対象物（ウェハ等）を光学的に観測する
際、観測光学系の一部の光路がその雰囲気中の気体成分
で満されているため、常に安定な観測が可能となる。ま
た対物光学系そのものでシールするのではなく、シール
部材を別に設けるから、観測光学系本体内のシールし易
い場所が適宜選べるといった利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による転写装置の構成を
示す図、 第２図は第１図中の観測光学系の一部の光学配置を示す
図、 第３図は第２の実施例による転写装置の構成を示す図で
ある。 （主要部分の符号の説明） １・・・シール部材 ３・・・観測光学系本体 ４・・・排出口 ５．１２・・・ヘリウム配管 ６・・・Ｘ線発生装置 ９・・・マスク ｌＯ・・・ウェハ １１・・・ヘリウムチャンバー ２０．２３．２４・・・ミラー ２１・・・第１対物レンズ系 ２１ａ、２　ｌ　ｂ　・・・開口部 ２６・・・第２対物レンズ系

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、電磁波エネルギーをマスクに照射し、該マスク
   のパターンを対象物に転写するにあたって、少なくとも
   前記電磁波エネルギーの発生部から前記マスクまでの空
   間を大気とは異なる気体成分で満したチャンバーを設け
   た転写装置において、前記チャンバー内に一部が進入し
   、前記マスク又は対象物を観測するための対物光学系を
   内部に備えた観測手段を有し、 該観測手段は、前記チャンバー内の気体が前記対物光学
   系を含む観測光路の一部に流入可能な開口部と、該観測
   光路の一部に満された気体が前記チャンバー外の空間に
   リークすることを防止するシール部とを有することを特
   徴とする転写装置。
2. （２）、前記観測手段のほぼ密封された観測光路の一部
   に、前記開口部を介して外部供給源より前記気体成分を
   流入させ、該観測光路の一部から前記チャンバー内に流
   出させ、さらに該チャンバーから外部へ流出させる流路
   を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   装置。
3. （３）、前記対物光学系は、前記マスク又は対象物への
   焦点合わせのために前記観測手段本体に対して可動に構
   成され、前記シール部材は該可動部以外の観測光路中に
   ほぼ密封構造で固定された光学ガラスであることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の装置。