JPS6313331A - 縮小投影露光装置 - Google Patents

縮小投影露光装置

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JPS6313331A
JPS6313331A JP61156054A JP15605486A JPS6313331A JP S6313331 A JPS6313331 A JP S6313331A JP 61156054 A JP61156054 A JP 61156054A JP 15605486 A JP15605486 A JP 15605486A JP S6313331 A JPS6313331 A JP S6313331A
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JP
Japan
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atmospheric pressure
semiconductor wafer
reduction
optical system
fluctuation
Prior art date
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Pending
Application number
JP61156054A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuhiro Sasada
勝弘 笹田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6313331A publication Critical patent/JPS6313331A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • G03F7/708Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体素子の製造工程で使用されるのに適した
縮小投影露光装置に関する。
〔発明の背景〕
縮小投影露光装置において、大気圧が変化すれば空気の
屈折率が変動するため、露光光学系の焦点位置、及び原
画パターンの寸法に対する半導体ウェハ上に露光された
パターンとの寸法比、すなわち縮小率が変動する。従来
の集積度、つまり回路パターンの最小線幅では、大気圧
の変動に伴う縮小率の変動は半導体を製作する上で問題
とならないために、焦点位置の補正のみ行えば十分であ
った。しかし半導体素子の集積度が高まるにつれ、前記
縮小率の変動が像の合わせ精度に対する重大な障害とな
るために、焦点位置と縮小率とを同時に補正することが
必要となってきた。なお、この種の装置として関連する
ものに、例えば特開昭58−202449 、特開昭5
9−150424 、特開昭60−123028等が挙
げられる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、縮小投影光学系内の大気圧の・変動に
起因する焦点位置の変動と縮小倍率誤差を補正すること
ができる縮小投影露光装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、気圧センサで計測した大気圧値にもとづいて
補正係数から補正量を演算し、原画パターン、被露光体
および縮小レンズの相対的な最適な位置を制御すること
によって自動的に焦点位置と縮小率を補正するようにし
たものである。
〔発明の実施例〕
従来の縮小投影露光装置は、原画基板上のパターンを縮
小レンズを用いて被露光体である半導体ウェハ上に投影
している。縮小レンズと原画基板との距離をa、縮小レ
ンズと半導体ウェハとの距離をbとすると、光学系内の
屈折率分布が一定である限り縮小率mはm = b /
 a、焦点距離fは1 / f = 1 / a + 
1 / bで表わされる。従来の縮小投影露光装置にお
いて′は、距離すは特開昭55−18043に示される
ような自動焦点補正機構で設定されるが、距$1aは初
期に調整するものの通常プロセスでのシーケンス実行時
には固定される。このため露光光学系内の空気の屈折率
が変化すると露光光学特性が変化し、露光光の焦点変動
は自動焦点補正機構で補正されたとしても縮小倍率mが
変わってしまい、半導体ウェハ上に投影されるパターン
の寸法精度が劣化する欠点があった。
ところで、空気の屈折率が変化する要因としては気圧、
温度、湿度等あるが、一般には空気を対流させて温度と
湿度を管理している恒温槽で露光装置が使用されること
から、問題となるのは気圧である。第2図は気圧に対し
て焦点位置補正のみを行なった場合の、縮小率変化の割
合を示した一例である。
次に本発明の一実施例を第1図に示す。
水銀ランプのような光源1から放出される光はコンデン
サレンズ2により集光され、レティクル又はマスクと呼
ばれる透明な原画基板3に形成されたパターンを照射す
る。原画基板3を透過した光はパターンの縮小像が被露
光表面である半導体ウェハ6の表面に形成されるように
縮小レンズ5によって半導体ウェハ6に向けられる。半
導体ウェハ6はウェハチャック7によって保持され、該
ウェハチャックは縮小レンズ5の光軸と直交する2軸で
移動可能なXY軸移動8によって支持されている。該移
動台には1例えば縮小レンズ5と半導体ウェハ6の間の
距離を変え得る駆動手段として移動台8とウェハチャッ
ク7の間にくさび状の移動台9が介在され、駆動装置1
oによって移動されてウェハチャック7をX軸およびY
軸と直角をなすZ軸方向、すなわち半導体ウェハ6に向
けられる光軸方向に移動され得る。縮小レンズ5と半導
体ウェハ6間の距離は1例えば実測用及び参照用の2台
のエアマイクロ11.12を備えて特定の露光領域の平
均的な距離を比較測長にて計測し、第1の制御回路13
に帰還される。
原画基板3は原画基板チャック4によって保持され、原
画基板チャック4は1例えば圧電素子19を用い縮小レ
ンズ5の光軸方向に微動可能な3個のアクチェータ14
で保持されている。圧電素子によるアクチェータの例を
第1図(d)に示す、圧電素子19は駆動軸のガイドと
なるべき円筒状の支柱20の中に保持され、上端は駆動
軸方向に歪むことの可能な薄板円板21にて押え付けら
れている。一方、該薄板円板と原画基板チャック4とは
圧電素子19に曲りの力が加わらぬように、くびれ部材
22を介して結合されている。ここでくびれ部材22は
球面軸受、ピボット軸受等でも良い、原画基板3と縮小
レンズ5の間の距離を、例えば該アクチェータ14の各
々に対応して。
比較的小型、軽量であり、かつ絶対位置測定器である検
出器15、例えば差動トランスによって測長し、第2の
制御回路16に帰還する。
これにより、原画基板3を縮小レンズ5の光軸方向に平
行に上下動させることが可能である。ここで、数個の7
クチエータ14及び検出器15を用いる構造としたこと
から比較的小さな空間で構成でき、原画基板3の位置整
合用アライナ−や、原画基板3及び半導体ウェハ6の位
置整合に用いられるパターン検出器等により空間が制約
される場合においても、組込みが可能となる。また初期
組立時における原画基板3の傾きに対する調整も容易に
でき、更に積極的に原画基板3を傾けることにより経時
的な光軸の傾きなどにも柔軟に対応することができる他
、より高精度なパターンの露光が期待できる。つまり、
原画基板3の光軸方向への変位量をΔa、原画基板上の
パターン寸法をR,M画基板と縮小レンズ5の入射ひと
みまでの距離をL、縮小率をmとすれば、ΔaによりR
・Δa−m/Lだけ露光像の大きさが変化するが、Δa
による焦点変動はΔa”m”となり、焦点ずれを生じに
くいことから、露光光学系の特性のために露光像に歪み
を生じたとしても、原画基板3の傾き調整により補正が
期待される。
次に本発明の露光装置の制御方法について説明する。露
光光学系内の大気圧を気圧センサ17で計測し、演算装
置18に取り込む。演算装置t!18は第3図に示す関
係により、基準気圧をPG、計測した気圧をp、原画基
準位置をZROI半導体ウェハ基準位置をZwoとする
と、大気圧変動時の露光光学系において焦点位置と縮小
率を同時に補正し得る最適原画位置ZR,最適半導体ウ
ェハ位置Zwを ZR= KR(P −P o) + ZRO。
Zw=Kw(P  Pa)+2w。
として算出する。ここでKR,KWは補正係数であり、
露光光学系により定められる理論値、或いは実験値であ
る。これより、第1の制御装置13はZwをもとに半導
体ウェハ6を縮小レンズ5の光軸方向に微動し、第2の
制御装置116はZRをもとに原画基板3を光軸方向に
微動することで自動的に最適の露光光学状態を得る。
本露光装置では、例えば特開昭60−28613に見ら
れるような気体による光学特性の補正方式に比べ、補正
を短時間で行うことができ、露光シーケンス実行時であ
ってもスループットを損なうことなく常に最適の露光状
態となし得る。補正の実行方式については常時補正を行
うことも考え得るが。
原画基板あるいは半導体ウェハが微小振動することも考
えられるため、ある気圧変動の許容幅を考えて大気圧が
この許容値を越えた場合に補正を行う方式も考え得る。
なお、上記一実施例では原画基板と縮小レンズ間の距離
および縮小レンズと半導体ウェハの距離を変え得る手段
として原画基板と半導体ウェハを微動する例を挙げたが
1本質的に原画基板と縮小レンズ、縮小レンズと半導体
ウェハの間の距離を同時に調整することが目的であり、
原画基板、縮小レンズ、半導体ウェハのうちいずれか2
者あるいは全部を微動する構造としても良い。
〔発明の効果〕
本発明によれば、投影露光光学系内の大気圧の変動に伴
う露光光学特性の変動を自動的に補正することができる
ので、従来より半導体素子をより高精度に、より安全に
製造することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】 第1図(a)〜(b)は本発明の詳細な説明するための
もので、同図(a)は縮小投影露光装置の概略構成図、
同図(b)は原画基板部の上面図、同図(c)はその下
面図、同図(d)はアクチェ・−夕の拡大断面図、第2
図は従来装置の縮小率−気圧の関係を示したグラフ、第
3図は本発明にもとづく制御方式の原理説明図である。 3・・・原画基板、4・・・レティクルチャック、5・
・・縮小レンズ、6・・・半導体ウェハ、7・・・ウェ
ハチャック、9,10・・・第1駆動手段(くさび形ス
テージ)。 11.12・・・第1検出器、13・・・第1制御回路
、14・・・第2駆動手段(圧電素子アクチェータ)、
15・・・第2検出器、16・・・第2制御回路、17
・・・も1 図 (b) (cL) は 気圧°釦化量CΦ) 豹30 5氏(mb)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、縮小レンズを介して原画パターンを被露光体に縮小
    投影させる露光装置において、露光光学系内の気圧を測
    定し、その測定された気圧値に応じて前記原画パターン
    、前記被露光体および前記縮小レンズの相対的な最適位
    置を制御することを特徴とする縮小投影露光装置。
JP61156054A 1986-07-04 1986-07-04 縮小投影露光装置 Pending JPS6313331A (ja)

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