JP3918202B2 - 露光装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスク上に形成されたパターンの像を感光基板上に転写する露光装置に関し、特に、マスクと感光基板とを同期して相対移動する走査型の露光装置に最適なマスクの保持機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路や液晶表示用基板を製造するために使用される投影露光装置は、照明光学系から射出された照明光をマスクに照射して該マスクのパターン像を投影光学系を介して感光基板上に結像する。この種の装置は、基板上の同一領域に複数のパターンを重ね合わせて露光するため、露光処理する層と前回露光処理された層との間で高い重ね合わせ精度が要求される。
【0003】
投影露光装置として現在では、露光用の照明光に対してマスクと感光基板とを同期して相対的に走査しながら露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が提案、実用化されている。このようなステップ・アンド・スキャン方式の露光装置においては、マスクホルダに保持されたマスクを移動可能なマスクステージ上に搭載し、感光基板を移動可能な基板ステージ上に搭載する。マスクステージ上のマスクは、その外周の一部をマスクホルダに真空吸着によって固定されている。そして、マスクステージと基板ステージとを同期して移動することによって、マスクに形成された転写パターンを感光基板上に投影する。このようなステップ・アンド・スキャン方式の露光装置においては、処理能力(スループット)の向上のために、マスクを搭載したマスクステージ及び感光基板を搭載した基板ステージの高速移動、及び高加速度化が必要となってきている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、マスクステージを高速で駆動すると、マスクホルダ上でマスクの位置がずれる可能性がある。すなわち、マスクステージの加速時又は減速時に慣性力によってマスクがマスクホルダー上を滑ることがある。特に、縮小投影型の露光装置においては、マスクの移動距離が感光基板に比べて縮小倍率分だけ長いため、マスクの位置ずれの問題は顕著になる。ここで、マスクの位置は、例えば、マスクステージ上の干渉計移動鏡を利用した移動鏡システムによって計測されるため、マスクホルダ上でマスクの位置がずれると、干渉計移動鏡に対するマスクの位置が変化してしまう。この様なマスクの位置ずれは、マスクステージ上だけの問題だけではなく、結局、感光基板上でのマスクパターンの重ね合わせ精度の悪化につながる。
【0005】
本発明は、上記のような状況に鑑みて成されたものであり、マスクの位置ずれを防止できる露光装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、マスク(12)に形成されたパターンの像を投影光学系(14)を介して感光基板(16)上に転写露光する露光装置において、マスク(12)が載置されたマスク保持部材(18)と;マスク(12)の上面とマスク保持部材(18)との間に密閉空間(72)を形成する密閉手段(30,68,70)と;マスク(12)が保持部材(18)に対して固定されるように、密閉空間(72)の気圧を当該空間の外部の気圧より高くする気圧調整手段(78)とを備える。
【0007】
上記構成において、マスク(12)を保持部材(18,62)に対して吸着する吸着手段(64,66)を併用しても良い。また、マスク(12)の保持力をコントロールできるように構成しても良い。
【0008】
【作用】
本発明においては、マスク(12)の上面とマスク保持部材(18)との間に密閉空間(72)を形成し、その密閉空間(72)の気圧を当該空間の外部の気圧より高くすることによって、マスク(12)が保持部材(18)に対して固定されるように構成している。つまり、マスク(12)が密閉空間の圧力によってマスク保持部材(18)に押し付けられるような状態となる。
【0009】
ここで、マスク(12)の移動時の慣性力をFk 、マスク(12)の摩擦によるマスク保持部材(18)への保持力をFh、マスク(12)の質量をm、マスク(12)に働く垂直抗力をN、マスク(12)の移動時の加速度をa、マスク(12)とマスク保持部材(18)との摩擦係数をμすると、以下の式(A),式(B)が成り立つ。
Fk =ma ・・・・・(A)
Fh=Nμ ・・・・・(B)
【0010】
また、マスク(12)が移動時の慣性力で動かないためには、以下の式(C)の条件を満たす必要がある。
Fk <Fh ・・・・・(C)
そして、上記の式(A)、式(B)及び式(C)より、以下の式(D)が導き出される。
a <Nμ/m ・・・・・ (D)
【0011】
ここで、マスク(12)の質量mと、マスク(12)とマスク保持部材(18)との間の摩擦係数μは、ほぼ一定値であるので、加速度aを大きくするためには、Nを大きくすればよいことがわかる。また、マスク(12)を真空吸着によりマスク保持部材(18)に保持する場合、吸着面積をS、外気圧をPo、真空圧をPvとすると、以下の式(E)が成り立つ。
N=S(Po−Pv) ・・・・・(E)
【0012】
本発明においては、マスク(12)のマスク保持部材(18)に対する吸着面積Sをマスク(12)の面積より一回り小さい面積にまで拡大したのと等価と見ることができる。その結果、式(D)、式(E)より、マスク(12)移動時の加速度aを大きくすることが可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を以下に示す実施例に基づいて説明する。なお、これから説明する各実施例は、半導体デバイス製造用の走査型投影露光装置に本発明を適用したものである。
【0014】
【実施例】
図1は本発明の第1実施例にかかる投影露光装置全体の構成を示し、図2は当該投影露光装置のレチクルステージ周辺の構成を示す。本実施例の投影露光装置は、照明光学系から射出される露光用の光をコンデンサレンズ10を介してレチクル12に照射し、レチクル12上に形成された所定のパターンの像を、投影光学系14を介してウエハ16上に転写するものである。投影光学系14は、架台17によって装置に対して固定されており、所定の縮小倍率(1/4,1/5等)でレチクル12のパターンの像をウエハ16上に投影するようになっている。
【0015】
レチクル12は、その外周部4カ所においてレチクルホルダ18に真空吸着によって固定された状態でレチクルステージ20上に載置されている。レチクルステージ20は、レチクルステージ駆動系24によって走査方向(Y方向)に所定の速度で移動可能になっている。レチクルステージ20上には、レチクル干渉計26から出力されるレーザ光を反射する移動鏡28が固定配置されており、レチクル干渉計26によってレチクルステージ20の位置を常時モニターできるようになっている。なお、図1においては、走査方向(Y方向)の位置を計測するレチクル干渉計26及び移動鏡28のみ示しているが、実際には、非走査方向(X方向)の位置を計測する干渉計及び移動鏡も備えられている。
【0016】
レチクルホルダ18の底部には、アパーチャガラス30が取り付けられ、レチクルホルダ18と、レチクル12と、このアパーチャガラス30とによって、レチクル12の下側に外気と遮断された密閉空間32を形成している。なお、密閉空間32を形成するために、アパーチャガラス30を用いたのは、照明光を透過させるためである。密閉空間32には、バキューム配管34を介してバキュームソース36が接続されている。そして、バキュームソース36によって密閉空間32の気圧を外気圧より低くすることにより、レチクル12をレチクルホルダ18に強く保持できるようになっている。この時、レチクル12は密閉空間32と外気との気圧差によって変形が生じることがあるが、その変形に起因するレチクルパターンの投影像の結像誤差は、制御部38がレンズコントローラ40を介して投影光学系14の結像状態を調整することによってキャンセルするようになっている。
【0017】
投影光学系14の下方に配置されたウエハ16は、ウエハホルダ42に真空吸着された状態で、ウエハステージ44上に載置されている。ウエハステージ44は、ウエハステージ駆動系46によって、投影光学系14の光軸に垂直な面内(XY面内)で移動可能に構成され、ウエハ16がレチクル12の走査と同期して移動するように駆動される。ウエハステージ44上には、ウエハ干渉計48から出力されるレーザ光を反射する移動鏡50が固定されており、この移動鏡50からの反射光と投影光学系14の下端に設置された固定鏡(図示せず)からの反射光とからなる干渉光によって、ウエハステージ44の位置を常時モニターできるようになっている。なお、図1においては、Y方向の位置を計測するウエハ干渉計48及び移動鏡50のみ示しているが、実際には、X方向の位置を計測する干渉計及び移動鏡も備えられている。
【0018】
次に、以上のような構成の第1実施例の動作及び原理について説明する。コンデンサレンズ10を通って集光された均一な照明光でレチクル12が照明されると、レチクル12上の照明領域に対しててレチクルステージ20が走査方向(Y方向)に移動し、これと同期してウエハ16を搭載したウエハステージ44がレチクルステージ20の移動方向と逆方向に移動する。この時、レチクル12とウエハ16の相対的な位置はレチクル干渉計26、及びとウエハ干渉計48によりそれぞれモニタされる。
【0019】
ここで、レチクル12の移動時の慣性力をFk 、レチクル12の摩擦によるレチクルホルダ18への保持力をFh、レチクル12の質量をm、レチクル12に働く垂直抗力をN、レチクル12の移動時の加速度をa、レチクル12とレチクルホルダ18との摩擦係数をμすると、以下の式(1),式(2)が成り立つ。
Fk =ma ・・・・・(1)
Fh=Nμ ・・・・・(2)
【0020】
また、レチクル12が移動時の慣性力で動かないためには、以下の式(3)の条件を満たす必要がある。
Fk <Fh ・・・・・(3)
【0021】
そして、上記の式(1)、式(2)及び式(3)より、以下の式(4)が導き出される。
a <Nμ/m ・・・・・ (4)
【0022】
ここで、レチクル12の質量mと、レチクル12とレチクルホルダ18との間の摩擦係数μは、ほぼ一定値であるので、加速度aを大きくするためには、Nを大きくすればよいことがわかる。また、レチクル12を真空吸着によりレチクルホルダ18に保持する場合、吸着面積をS、外気圧をPo、真空圧をPvとすると、以下の式(5)が成り立つ。
N=S(Po−Pv) ・・・・・(5)
【0023】
本実施例においては、レチクル12の下側の密閉空間32の気圧を外気圧より低く設定しているため、レチクル12のレチクルホルダ18に対する吸着面を転写パターンが形成された領域を含む広い範囲まで拡大することができる。すなわち、吸着面積Sをレチクル12の面積より一回り小さい面積にまで拡大したのと等価と見ることができる。その結果、式(4)、式(5)より、レチクル12移動時の加速度aを大きくすることが可能となる。また、レチクル12のパタンーン面が外気と遮断されているので、レチクル12の汚染を防止できるという利点もある。
【0024】
図3は、本発明の第2実施例にかかる投影露光装置のレチクルステージ(20)周辺の構造を示す。なお、本実施例の投影露光装置のレチクルステージ周辺以外の構成については、図1に示した第1実施例と同様であるため、本実施例においては図示及びその説明を省略する。また、図3中、上記第1実施例と同一又は対応する構成要素に関しては、同一の符号を付し、ここでは重複した説明を省略する。図において、レチクルホルダ18の底面付近にはアパーチャガラス30が配置され、上記第1実施例と同様に、レチクル12,レチクルホルダ18,アパーチャガラス30とによって第1密閉空間32が形成されている。レチクル12の上部には、隔壁54が設けられ、隔壁54の天井部分にはアパーチャガラス56が設置されている。そして、レチクル12の上面と、これら隔壁54及びアパーチャガラス56によって、第2密閉空間58が形成される。
【0025】
第1及び第2密閉空間32,58には、バキューム配管60が接続され、バキュームソース36によって第1及び第2密閉空間32,58の気圧を外気圧より低く調整するようになっている。これによって、レチクル12をレチクルホルダ18に強く保持することができる。この場合、レチクル12の下側の第1密閉空間32とレチクル12の上側の密閉空間58とをバキューム配管60で互いに連結し、両密閉空間32,58の圧力を同じにすることにより、レチクル12の上面と下面にかかる圧力差によってレチクル12に変形が生じることを防止できる。
【0026】
本実施例においても、レチクル12の上下の密閉空間32,58の気圧を外気圧より低く設定しているため、レチクル12のレチクルホルダ18に対する吸着面を転写パターンが形成された領域を含む広い範囲まで拡大することができる。すなわち、吸着面積Sをレチクル12の面積より一回り小さい面積にまで拡大したのと等価と見ることができる。その結果、式(4)、式(5)より、レチクル12移動時の加速度aを大きくすることが可能となる。
【0027】
図4は、本発明の第3実施例にかかる投影露光装置のレチクルステージ(20)周辺の構造を示す。なお、本実施例の投影露光装置のレチクルステージ周辺以外の構成については、図1に示した第1実施例と同様であるため、本実施例においては図示及びその説明を省略する。また、図4中、上記第1及び第2実施例と同一又は対応する構成要素に関しては、同一の符号を付し、ここでは重複した説明を省略する。図において、レチクル12が載置されるレチクルホルダ62の上面には、吸着用の穴(図示せず)が形成されており、バキューム配管64を介してバキュームソース66によって、レチクル12を真空吸着で固定するようになっている。
【0028】
また、レチクルホルダ62の底面にはアパーチャガラス30が配置され、上記第1及び第2実施例と同様に、レチクル12,レチクルホルダ62,アパーチャガラス30とによって第1密閉空間67が形成されている。レチクル12の上部には、隔壁68が設けられ、隔壁68の天井部分にはアパーチャガラス70が設置されている。そして、レチクル12の上面と、これら隔壁68及びアパーチャガラス70によって、第2密閉空間72が形成される。第2密閉空間72は、エア配管74及びレギュレータ76を介してコンプレッサ78に接続されている。そして、コンプレッサ78によって、レチクル12の上下の第1及び第2密閉空間67,72の圧力を大気圧よりも高く設定する。これにより、レチクル12がレチクルホルダ62に対して押し付けられるような状態になり、レチクル12のレチクルホルダ62に対する保持力が強くなる。この場合、レギュレータ76を用いて、レチクル12の上下の第1及び第2密閉空間67,72の圧力をコントロールすることにより、その保持力をコントロールすることができる。例えば、レチクル12の上側の第2密閉空間72内の気圧を下側の第1密閉空間67内の気圧より若干大きく設定する。
【0029】
本実施例においては、レチクル12の上下の密閉空間67,72の気圧を外気圧より高く設定するとともに、レチクル12とレチクルステージ62との接触面をバキューム吸着することにより、圧力差(Po−Pv)を大きくすることができ。その結果、式(4)、式(5)より、レチクル12移動時の加速度aを大きくすることが可能となる。
【0030】
図5は、本発明の第4実施例にかかる投影露光装置のレチクルステージ(20)周辺の構造を示す。なお、本実施例の投影露光装置のレチクルステージ周辺以外の構成については、図1に示した第1実施例と同様であるため、本実施例においては重複する図示及びその説明を省略する。また、図5中、上記第1,第2及び第3実施例と同一又は対応する構成要素に関しては、同一の符号を付すものとする。図において、レチクル12が載置されるレチクルホルダ80の両側には、電磁石82a,82bが固定配置されている。電磁石82a,82bの側部には、それぞれ支持ブロック84a,84bが設置されている。
【0031】
支持ブロック84a,84bには、ヒンジ86a,86bを介してレチクル押さえ部材88a,88bがそれぞれ取り付けられ、レチクル押え部材88a,88bの下面には、それぞれ永久磁石90a,90bが取り付けてある。電磁石82a,82bには、磁力発生用の電流供給部92a,92bがそれぞれ接続されている。そして、電流制御部94の制御により、電流供給部92a,92bより電磁石82a,82bに電流が供給されると、電磁石82a,82bの上部に磁界が発生するようになっている。
【0032】
上記のような実施例において、電流制御部94は、レチクル12の交換時においては、電磁石82a,82bに対して、永久磁石90a,90bと反発し合うような方向の磁力が発生するように、電流供給部92a,92bを制御する。そして、電磁石82a,82bと永久磁石90a,90bの反発力によって、レチクル押え部材88a,88bが上方に退避する。レチクル押さえ部材88a,88bが開放(退避)している状態で、レチクル12をレチクルホルダ80上に載置した後は、電流制御部94により、電磁石82a,82bに対して、永久磁石90a,90bと引き合うような方向の磁力が発生するように、電流供給部92a,92bを制御する。そして、レチクル押え部材88a,88bが電磁石82a,82bと永久磁石90a,90bの吸引力により、レチクル12をレチクルホルダ80に対して押し付ける。これによって、レチクル12がレチクルホルダ80に対して固定される。この場合、電磁石82a,82bに流す電流値を調整することにより、レチクル12の保持力をコントロールすることができる。また、電磁石82a,82bと永久磁石90a,90bとの間隔を小さくすれば、少ない電流値で大きな保持力が得られる。
【0033】
本実施例においては、磁力によりレチクル12をレチクルホルダ80に押し付けることにより垂直抗力をNを大きくすることができ、式(4)より、レチクル移動時の加速度aを大きくすることが可能となる。
【0034】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された本発明の技術的思想としての要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【0035】
【発明の効果】
本発明によれば、マスク(12)の上面とマスク保持部材(18)との間に密閉空間(72)を形成し、その密閉空間(72)の気圧を外部の気圧より高くすることによって、マスク(12)を保持部材(18)に対して固定しているため、マスク(12)を高加速度で駆動した場合にも位置ずれを生じることが無い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の第1実施例にかかる投影露光装置の構成を示す概念図(正面図)である。
【図2】 図2は、第1実施例の要部であるレチクルステージ周辺の構成を示す一部断面による正面図である。
【図3】 図3は、本発明の第2実施例の要部であるレチクルステージ周辺の構成を示す一部断面による正面図である。
【図4】 図4は、本発明の第3実施例の要部であるレチクルステージ周辺の構成を示す一部断面による正面図である。
【図5】 図5は、本発明の第4実施例の要部であるレチクルステージ周辺の構成を示す一部断面による正面図である。
【符号の説明】
12・・・レチクル
14・・・投影光学系
16・・・ウエハ
18,62,80・・・レチクルホルダ
20・・・レチクルステージ
30,56,70・・・アパーチャガラス
32・・・密閉空間
34,64・・・バキューム配管
36,66・・・バキュームソース
38・・・制御部
40・・・レンズコントローラ
54,68・・・隔壁
56・・・アパーチャガラス
58・・・第2密閉空間
60・・・バキューム配管
67・・・第1密閉空間
72・・・第2密閉空間
74・・・エア配管
76・・・レギュレータ
78・・・コンプレッサ
82a,82b・・・電磁石
84a,84b・・・ブロック
86a,86b・・・ヒンジ
88a,88b・・・レチクル押さえ部材
90a,90b・・・永久磁石
92a,92b・・・電流供給部
94・・・電流制御部
Claims (3)
- マスクに形成されたパターンの像を投影光学系を介して感光基板上に転写露光する露光装置において、
前記マスクが載置されたマスク保持部材と;
前記マスクの上面と前記マスク保持部材との間に密閉空間を形成する密閉手段と;
前記マスクが前記保持部材に対して固定されるように、前記密閉空間の気圧を当該空間の外部の気圧より高くする気圧調整手段とを備えたことを特徴とする露光装置。 - 前記マスクを前記保持部材に対して吸着する吸着手段を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
- 前記マスクの保持力をコントロール可能であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の露光装置。
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1996
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