JPH1022196A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照明光照射によってマスクが熱膨張すること
による位置ずれを排除する。 【解決手段】 マスク１に隣接して気体吸引手段２２を
設け、マスク近傍の気体を局所的に吸引してマスクの表
面に気体流を形成する。この気体流の排熱作用（冷却作
用）によって、マスク１は周囲の気体の温度程度に冷却
され、恒温化される。気体吸引手段２２によってマスク
表面に気体流を発生させる方法を採用すると、マスク１
を冷却して高温になった気体をそのまま吸引手段から装
置外に排出することができるため、マスク冷却後の気体
によって露光装置内の温度分布が変化したり、空気揺ら
ぎが発生するといった不都合がない。

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
液晶ディスプレイ等の微細回路パターンの形成工程等で
使用される投影露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子や液晶表示素子等をフォトリ
ソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレチ
クル（以下、マスクという）のパターン像をフォトレジ
スト等の感光剤が塗布された半導体ウエハやガラスプレ
ート等の感光基板上に投影光学系を介して投影する投影
露光装置が使用されている。この種の投影露光装置とし
て近年は、２次元的に移動自在な基板ステージ上に感光
基板を載置し、この基板ステージにより感光基板を歩進
（ステッピング）させて、マスクのパターン像を感光基
板上の各ショット領域に順次露光する動作を繰り返す、
所謂ステップ・アンド・リピート方式の露光装置、特
に、縮小投影型の露光装置（ステッパー）が多用されて
いる。

【０００３】例えば半導体素子は、感光基板上に多数層
の回路パターンを重ねて露光することにより形成され
る。そして、２層目以降の回路パターンを感光基板上に
投影露光する際には、感光基板上に既に形成されている
回路パターンとマスクのパターン像との位置合わせ、即
ち感光基板とマスクとの位置合わせ（アライメント）を
精確に行う必要がある。

【０００４】このアライメントの方式として、露光波長
の光束で感光基板上のアライメントマーク（以下、基板
マークという）を照明して基板マークの像をマスクパタ
ーン面に生じさせ、基板マーク像の位置とマスク上のア
ライメントマーク（以下、マスクマークという）との位
置関係を直接計測することにより、マスクと感光基板の
相対的な位置関係の計測及び位置合わせを行う方式（以
下、マスク参照方式という）がある。しかし、この方式
は露光光の照射により感光基板上の基板マーク部分及び
その周辺が感光してしまう問題があり、現在ではほとん
ど使用されていない。

【０００５】現在一般的に使用されているアライメント
方式は、露光波長以外の光束で感光基板上の基板マーク
の位置を検出する方式であり、基板マーク検出光学系の
一部として投影光学系を使用するＴＴＬ（スルー・ザ・
レンズ）方式や、投影光学系の露光視野の外側に観察視
野を有する基板マーク検出光学系を用いるオフ・アクシ
ス方式である。これらの方式では、マスクと感光基板と
を直接位置合わせするのではなく、投影露光装置内（一
般には感光基板を載置する基板ステージ上）に設けた基
準マークを介して間接的に位置合わせを行うことにな
る。

【０００６】具体的には、先ず、重ね合わせ露光に先立
ってマスク上のマスクマークの基板ステージ上への投影
像の位置に基板ステージの基準マークを位置合わせし、
その時の基板ステージ位置を計測する。続いて、基板ス
テージの基準マークを基板マーク検出光学系に対して位
置合わせし、この時にも基板ステージの位置を計測す
る。これら２つの基板ステージ位置の差をベースライン
量と呼び、上記の計測のシーケンスをベースライン計測
と呼ぶ。

【０００７】感光基板のショット領域へマスクパターン
像を重ね合わせ露光する時には、感光基板上の基板マー
クを基板マーク検出光学系に対して位置合わせし、基板
ステージを、そのときの基板ステージの位置からベース
ライン量だけずれた位置に移動して露光を行うことで、
感光基板上に既に形成されている回路パターンとマスク
パターンの像とを重ね合わせることができる。

【０００８】このベースライン計測には、１〜２分程度
の時間を要するため、実際の感光基板への露光に際して
は、多数枚の感光基板を効率よく高スループットで露光
するために、ベースライン計測は露光すべき感光基板の
種類の変更時点（即ち、露光すべきマスクの交換時）に
のみ行い、各々の感光基板毎の位置合わせはそのベース
ライン量を用いて基板マーク検出光学系のみで行ってい
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、投影露
光装置を用いた通常のパターン露光においては、多数枚
の同一種類（同一工程）の感光基板の露光中には、マス
ク投影像、及びマスクそのものの位置計測を全く行わな
い。すなわち、マスクステージ上のマスクの位置は全く
動かないことを前提として、重ね合わせ露光が行われて
いる。ところで、露光装置の高スループット化のため
に、単位時間当たりにマスクに照射される照明光のエネ
ルギーは増加の一途をたどっている。これは、一つには
マスクに照射される照度そのものが増大しているためで
あり、また露光に関与しない時間（感光基板交換時間や
感光基板アライメント時間等）の短縮によりマスクに照
明光が照射される時間の割合が増加しているためであ
る。

【００１０】この結果、照明光のエネルギーがマスクに
蓄積され、多数枚の感光基板の露光中にマスクが熱膨張
し、その位置がずれてしまう恐れがでてきた。この解決
策として、多数枚の感光基板へ露光するとき何枚目かの
感光基板ごとにベースライン量の計測をやり直してマス
クの位置ずれを補正することも考えられるが、ベースラ
イン計測に要する時間だけスループットが低下すること
になり、実用的ではない。本発明は、このような従来技
術の問題点に鑑みてなされたもので、マスクの熱膨張に
よる位置ずれを排除して、より高精度かつ高スループッ
トな投影露光装置を実現することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明においては、マス
ク表面に局所的に気体流を発生させ、その気体流によっ
てマスクを冷却することで前記目的を達成する。ここ
で、マスク表面の気体流を送風によってではなく、吸引
によって発生させる点が重要である。すなわち、本発明
は、マスクを照明する照明光学系と、マスクを保持する
マスクステージと、マスクに形成されたパターンを感光
基板に投影する投影光学系とを含む投影露光装置におい
て、マスクに隣接して気体吸引手段を設け、マスク近傍
の気体を局所的に吸引してマスクの表面に気体流を形成
することを特徴とするものである。

【００１２】本発明によれば、マスクステージ上に保持
されるマスクの表面には、気体吸引手段によって気体流
が形成される。この気体流の排熱作用（冷却作用）によ
って、マスクは周囲の気体の温度程度に冷却され、恒温
化される。露光動作によりマスクに照明光が照射されマ
スクが加熱されても、その熱はマスク表面を流れる気体
によって排熱されるためマスク自身には残存せず、マス
クが温度上昇や熱膨張を起こすことがない。気体吸引手
段による吸引によってマスク表面に気体流を効率的に発
生させるためには、少なくとも気体吸引側に、照明光学
系とマスクの間を遮風する遮風手段を設けることが望ま
しい。

【００１３】マスク表面に気体流を発生する手段とし
て、気体吸引手段の代わりに送風手段を用い、送風手段
からマスク表面に気体を吹き付ける方法も考えられる。
しかし、マスクの周囲にはマスクステージの位置を検出
するレーザ干渉計やマスクマークを検出するマスク顕微
鏡等、熱や空気揺らぎを嫌う高精度な計測機器が配置さ
れており、送風によってマスクの冷却を行うと、マスク
の熱を奪って高温になった気体流がそれらの計測機器に
達して計測機器の温度を変動させたり光路中に侵入して
計測精度に悪影響を与えることになる。

【００１４】これに対して、本発明のように、気体吸引
手段による局所的吸引によってマスク表面に気体流を発
生させる方法を採用すると、マスクを冷却して高温にな
った気体をそのまま吸引手段から装置外に排出すること
ができるため、マスク冷却後の気体によって露光装置内
の温度分布が変化したり、空気揺らぎが発生するといっ
た不都合がない。

【００１５】投影露光装置内の気体（主に空気が使用さ
れている）の温度は一般に温調機によって常に一定に保
たれており、気体吸引手段によりマスク表面に形成され
る気体流もほとんど恒温な気体流ではあるが、さらに所
定の温度に制御された恒温気体流をこの部分に対して局
所的に送風することにより、さらに正確にマスク温度を
恒温化でき、露光によってもマスクが温度上昇や熱膨張
を起こす恐れが全くなくなる。すなわち、マスクの近傍
に所定の温度に温度調整された気体を局所的に送風する
送風手段を設け、気体吸引手段と送風手段を併用する
と、周囲への影響を排除しつつマスク冷却の効果を一層
上げることができる。

【００１６】この場合にも、遮風手段を用いて送風系と
吸引系とからなる系が可能な限り閉じた系を構成するよ
うにし、送風手段によって送風された気体ができる限り
装置内に散逸せずに吸引手段によって吸引されるように
するのが好ましい。そうすることによって、投影露光装
置の他の部分に影響を与えることなく、マスクを冷却す
ることが可能になる。また、マスク上には、マスクマー
クを検出するマスク顕微鏡が設置されている。マスク表
面に発生される気体流によってマスク顕微鏡の光路上に
空気揺らぎが発生したり、気体流がマスク顕微鏡に衝突
して微小振動を発生させたりするのを回避するため、気
体吸引手段や送風手段の開口部はマスク顕微鏡の位置を
避けて設けるのが好ましい。

【００１７】本発明によると、投影露光装置の他の部分
に影響を与えることなくマスクの昇温を回避することが
できるため、途中でベースライン計測を行うことなく多
数枚の感光基板を連続して露光しても、マスクの熱膨張
によるパターン重ね合わせずれのない高精度な位置合わ
せを常に実現することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明による投影露光装置
の一例の概略図、図２はマスク周辺の詳細図である。マ
スク１は照明光学系１３によって均一に照明されてお
り、マスク１上に描画されたパターンは投影光学系３を
介して感光基板４上のショット領域に投影露光される。
マスク１はマスクステージ２上に真空吸着されて固定さ
れており、感光基板４は基板ステージ６上の基板ホルダ
５に真空吸着されて固定されている。基板ステージ６
は、モータ等の駆動手段２５により投影光学系３の光軸
に垂直な平面内で２次元的に移動可動であり、基板ステ
ージ６の位置は基板ステージ６に固定された移動鏡７と
の間の距離をレーザ干渉計８で計測することによって検
出される。

【００１９】投影露光装置は環境温度に対する諸性能の
変動が大きいため、一般に恒温装置（チャンバー）１４
内に設置され、環境温度が所定の温度（例えば２１℃）
に維持されている。チャンバー１４内の気体は、排気開
口部１７から排気（吸気）され、排気ダクト１８を介し
て温調機１９に送られる。温調機１９では、送られてき
た気体を所定の温度に温度調節したのち、送風ダクト２
０を介して、吸塵フィルター１５に送る。吸塵フィルタ
ー１５によって除塵された気体は、送風開口部１６から
チャンバー１４の内部に送風され、循環される。

【００２０】感光基板４は、基板ステージ６を駆動手段
２５で駆動することで、各ショット領域が順次投影光学
系３の真下に移動され、そのショット領域に既に形成さ
れているパターン上にマスク１のパターン像が重ね合わ
されて露光される。感光基板１上のショット領域の位置
合わせには、投影光学系３を介して感光基板４上の基板
マークを検出するＴＴＬ検出光学系１０〜１１や、別付
けのオフ・アクシス検出系９を使用する。勿論、基板マ
ークの検出に先立って前述のベースライン計測をしてお
くことは言うまでもない。

【００２１】これらの検出光学系でのアライメントマー
クの検出位置とベースライン量に基づいて、レーザ干渉
計８の出力値に従い基板ステージ６を投影光学系３の下
に移動すれば、マスク１のパターンの像と感光基板４上
に形成されている既存のパターンとの位置はほぼ所望の
関係に合致する。ただし、この例の様に「マスク参照方
式」ではないアライメント方式の場合、前述の如くベー
スライン計測後にマスク１の位置が変動してしまうと、
この位置関係も変動してしまうことになる。従来の装置
ではマスク１の位置の変動要因として、照明光学系１３
からの照明光照射によるマスク１自身の温度上昇及び熱
膨張があった。マスク１はマスクステージ２に真空吸着
されているが、マスク１の熱膨張による応力が真空吸着
力に勝り、マスク１が微少量ではあるが横ずれを起こし
てしまうのである。

【００２２】この実施の形態においては、マスク１に隣
接してマスク１の近傍の気体を吸引かつ排気するための
気体吸引手段２２を設けた。気体吸引手段２２は、一端
をマスク１の近くに開口し、他端をチャンバー１４内を
循環する気体の排気ダクト１８に接続した一種のダクト
からなり、温調機１９によって発生された排気ダクト１
８内の負圧によってマスク１と照明光学系１３の間の空
間の気体を吸引することでマスク１の表面に気体流を発
生する。この気体吸引手段２２の設置によって、照明光
学系１３とマスク１の間の空間にはチャンバー１４内を
循環している所定の温度の気体が流入し、マスク１の表
面に気体流が形成される。照明光学系１３によりマスク
１に照射された照明光のエネルギーはこの気体流によっ
て散熱され、マスク１自身の温度が上昇することはな
い。また、マスク１の熱を吸収して昇温した気体流はチ
ャンバー１４内にそのまま放出されることなく排気ダク
ト１８に放出され、温調機１９で所定温度に調整された
後、送風開口部１６からチャンバー１４内に送り込まれ
る。したがって、マスク１の熱が気体流によってチャン
バー１４内の他の箇所、例えば投影光学系３や、基板マ
ークの検出光学系９に運ばれ、その温度を上昇させて結
像特性を劣化させたり、位置検出値のドリフトを生じさ
せることもない。

【００２３】図２に示すように、気体吸引手段２２のマ
スク１付近の吸引端には、マスク１と照明光学系１３の
間の気体のみを効率よく吸引するように、すなわち他の
方向から余分な気体を吸引しないように、照明光学系１
３又はマスクステージ２の間を遮風する遮風部材２２
ａ，２２ｂが設けられている。

【００２４】一般にマスク１が固定されるマスクステー
ジ２の近傍には、マスク１を位置合わせし、且つベース
ライン計測を行うためのマスク顕微鏡３０ａ，３０ｂが
設けられている。そこで、気体吸引手段２２の開口部
は、図２（ａ）に示されているように、マスク顕微鏡３
０ａ，３０ｂの位置を避ける様な構造とすることが望ま
しい。これは、気体流がマスク顕微鏡３０ａ，３０ｂに
衝突すると、マスク顕微鏡３０ａ，３０ｂに微小振動を
発生させて、マスク顕微鏡３０ａ，３０ｂの検出精度が
劣化することがあるからである。気体吸引手段２２の開
口部をマスク顕微鏡３０ａ，３０ｂの位置を避けて設け
ることで、マスク顕微鏡の位置に強い気体流が発生せ
ず、マスク顕微鏡３０ａ，３０ｂの振動発生を回避する
とともに、マスク顕微鏡３０ａ，３０ｂの光路に空気揺
らぎが発生して検出精度を劣化させることを回避するこ
とができる。また、気体吸引手段は、マスク１と投影光
学系３の間にも配置することができマスク１の両面から
空冷を行うこともできる。

【００２５】この実施の形態によると、多数枚の感光基
板を連続的に露光する場合にも、最初に１度ベースライ
ン計測を行えば、その後マスクの熱膨張によりマスクが
位置ずれを起こしてベースライン量が狂う恐れがなくな
る。したがって、再度ベースライン計測をやり直す必要
もなくなり、頻繁なベースライン計測によってスループ
ットの低下を招くこともない。

【００２６】図３は本発明による投影露光装置の他の実
施の形態の概略図、図４はマスク周辺の詳細図である。
この実施の形態は、気体吸引手段に対向するように送風
手段を付加したものである。図３及び図４において、図
１及び図２と同一の部材には同じ番号を付し、詳細な説
明を省略する。この実施の形態においては、マスク１に
所定の温度の気体を吹き付ける送風手段２１と、マスク
１近傍の気体を吸引かつ排気するための気体吸引手段２
２を併設した。気体吸引手段２２は、図１及び図２で説
明したように、照明光学系１３とマスク１の間の空間の
気体を効率よく吸引できるように、照明光学系１３又は
マスクステージ２の間を遮風する遮風部材２２ａ，２２
ｂを設けてある。

【００２７】送風部材２１は、温調機１９で温度調整さ
れ、吸塵フィルター１５で除塵された気体の一部をダク
トによって導き、気体吸引手段２２と反対側からマスク
１の表面に吹き付ける。このとき、送風手段２１は、気
体吸引手段２２と同様に、マスク顕微鏡３０ａ，３０ｂ
の位置に強い空気流が発生しないように考慮するのが好
ましい。そのため、送風手段２１の開口部は、図４
（ａ）に示すように、マスク顕微鏡３０ａ，３０ｂの位
置を避ける様な構造とすることが望ましい。この構造に
より、強い気体流がマスク顕微鏡３０ａ，３０ｂに衝突
して、マスク顕微鏡３０ａ，３０ｂを微小振動させた
り、その光路に空気揺らぎを発生させてマスク顕微鏡３
０ａ，３０ｂの検出精度を劣化させるのを防止すること
ができる。

【００２８】送風手段２１による送風量が多すぎると、
マスク１の熱を奪って昇温した気体がチャンバー１４内
を漂って装置の他の部材の温度を上昇させたり、塊とな
って投影光学系３や検出光学系８，９，１０の光路中に
侵入してその結像特性を劣化させたり、計測精度を低下
させる原因になる。したがって、送風手段２１による送
風量は、気体吸引手段２２による吸引量に見合っただけ
の量とするのが好ましい。送風手段２１の送風口の形状
及び気体吸引手段２２の吸気口あるいは遮風手段２２
ａ，２２ｂの配置も、送風手段２１からマスク１の表面
に吹き付けられた気体流を気体吸引手段２２によってで
きる限り全量吸引できるように設計するのが好ましい。
そうすることで、送風手段２１と気体吸引手段２２はほ
ぼ閉じた系を構成することができ、チャンバー１４内の
他の部分に影響を与えることなくマスク１の温度上昇を
防止することができる。

【００２９】図４に示した例では、マスク１の交換が容
易に行えるように遮風手段２２ａ，２２ｂの設置場所を
マスク１の一辺、すなわち気体吸引手段２２が配置され
た側のみに制限している。しかし、例えばヒンジ等によ
る開閉機構、あるいは着脱機構等を設けて、マスク交換
の際にマスク搬送経路から退避できるような機構を具備
することで、気体吸引手段２２が配置された側に隣接す
るマスク１の他の２辺にも遮風手段を配置することも可
能である。このように、マスク１の３方を遮風手段で覆
い、気体吸引手段２２に対向する残りの側から送風手段
２１によってマスク表面に気体を吹き付けるようにする
と、より効率よくマスク１を除熱することができ、除熱
に使用した気体を全て排気ダクト１８に直接導くことが
できる。

【００３０】本実施の形態においても、送風手段２１と
気体吸引手段のペアを、更にマスク１と投影光学系３の
間にも設け、マスク１の両面から空冷を行ってもよい。
以上の説明では、気体吸引手段２２の負圧源として排気
ダクト１８の負圧を利用し、また、送風手段２１の送風
源としてチャンバー１４内の温度調整を行う温調機１９
を用いた。しかし、気体吸引手段２２の負圧源や送風手
段２１の送風源をチャンバー１４の温調装置とは別に設
けてもよい。また、送風手段２１からマスク１に吹き付
ける気体は一般には空気を用いるが、例えば真空紫外域
の光源を使用する投影露光装置では、チャンバー１４内
が空気ではなくヘリウムガス等で満たされることになる
ので、この場合にはマスク１に吹き付ける気体としてヘ
リウムガス等を使用することになる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によると、マスクに隣接して気体
吸引手段を設け、マスク表面に気体流を発生させて露光
中のマスクを空冷するので、露光時の照明光の照射を受
けてもマスクが温度上昇したり熱膨張したりすることは
ない。従って、露光開始前の１度ベースライン計測で高
精度の重ね合わせ露光を行うことができる。また、マス
クの熱で昇温した気体が装置の他の箇所に達して悪影響
を及ぼすこともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影露光装置の一例の概略図。

【図２】図１のマスク周辺の詳細図であり、（ａ）は平
面図、（ｂ）は側断面図。

【図３】本発明による投影露光装置の他の例の概略図。

【図４】図３のマスク周辺の詳細図であり、（ａ）は平
面図、（ｂ）は側断面図。

【符号の説明】

１…マスク、２…マスクステージ、３…投影光学系、４
…感光基板、５…基板ホルダ、６…基板ステージ、７…
移動鏡、８…レーザ干渉計、９…オフ・アクシス検出
系、１０，１１…ＴＴＬ検出光学系、１２…感光基板、
１３…照明光学系、１４…チャンバー、１５…吸塵フィ
ルター、１６…送風開口部、１７…排気開口部、１８…
排気ダクト、１９…温調機、２０…送風ダクト、２１…
送風手段、２２…気体吸引手段、２２ａ，２２ｂ…遮風
手段、３０ａ，３０ｂ…マスク顕微鏡

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスクを照明する照明光学系と、前記マ
   スクを保持するマスクステージと、前記マスクに形成さ
   れたパターンを感光基板に投影する投影光学系とを含む
   投影露光装置において、 前記マスクに隣接して気体吸引手段を設け、前記マスク
   近傍の気体を局所的に吸引して前記マスクの表面に気体
   流を形成することを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】 前記マスクの近傍に所定の温度に温度調
   整された気体を局所的に送風する送風手段を設けたこと
   を特徴とする請求項１記載の投影露光装置。