JP3658846B2

JP3658846B2 - 投影露光装置

Info

Publication number: JP3658846B2
Application number: JP07260596A
Authority: JP
Inventors: 真士水谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2016-03-27
Also published as: JPH09260262A

Description

【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の製造に用いられる投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等を製造するフォトリソグラフィ工程では、フォトマスク又はレチクル（以下、レチクルという）に形成されたパターンをフォトレジスト等の感光剤が塗布されたウエハやガラスプレート等の感光基板上に投影露光することが行われる。
【０００３】
この投影露光を行う装置として、レチクル上に形成されたパターンを基板ステージ上に保持された感光基板の所定領域に露光したのち、基板ステージを一定距離だけステッピングさせて再びレチクルのパターンを露光することを繰り返す、いわゆるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置が多く使用されている。また、他の方式の露光装置として、矩形状又は円弧状の照明領域に対してレチクル及び感光基板を相対的に同期して走査しながらレチクルのパターンを感光基板上に露光するスリット・スキャン方式の投影露光装置も知られている。
【０００４】
感光基板へのパターン露光は、既に形成されているパターンの上に別のパターンを重ね合わせて露光することを複数回反復して行うのが普通である。近年、感光基板に形成されるパターンは微細化の一途を辿り、それに伴ってパターンの重ね合わせ精度に対する要求もますます厳しいものとなっている。このパターンの重ね合わせ精度に影響を与える要因の一つとして、投影レンズの倍率誤差がある。投影レンズの倍率は、装置設置時に調整されている。しかし、投影レンズは露光中に露光エネルギーの一部を吸収して温度が上昇する。したがって、投影レンズに長時間露光光が照射され続けたり、露光動作が長時間連続して行われたりすると、温度変化を起こして倍率が無視し得ない程度に変化する可能性がある。レチクルも露光光を吸収して温度上昇すると、変形を生じてパターンずれを起こす可能性がある。
【０００５】
したがって、高精度の重ね合わせ露光を行うためには、温度制御を行って投影露光装置を収納しているチャンバー内の温度をできるだけ一定に保つことが必要である。そのため、チャンバー内の主要箇所、例えば空調装置のエアー吹き出し口、基板ステージの２次元位置を計測するステージ干渉計付近あるいは投影レンズ等に抵抗体温度センサーを配置し、それらの温度センサーから出力される温度情報を用いてチャンバー内の温度制御が行われていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする問題点】
温度センサーを用いる従来の方法によると、チャンバー内の少数のポイントの温度情報しか得ることができない。もしチャンバー全体の温度情報を得ようとすると多数の温度センサーをチャンバー内に分散配置しなければならず、コスト的に無理がある。したがって、チャンバー全体の温度分布を知ることができないのでチャンバー内の温度を均質化することができず、温度勾配が存在するため、対流が生じて空気揺らぎが発生する。
【０００７】
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、多数の温度センサーを用いることなくチャンバー内の温度分布を検出して、チャンバー内の温度を均質化することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、赤外線カメラ等の２次元撮像装置を用いてチャンバー内部を撮像し、得られた画像を処理することでチャンバー内のサーモグラフ（温度分布図）を得、それに基づいてチャンバー内各部の空調制御などの温度制御を行うことで前記目的を達成する。
【０００９】
すなわち、本発明による投影露光装置は、感光基板を載置して２次元方向に移動可能な基板ステージと、基板ステージの２次元位置を検出するためのレーザ干渉計と、レチクルを載置するレチクルステージと、光源からの光をレチクルに入射させる照明系と、レチクルの像を基板ステージ上に載置された感光基板上に形成する投影光学系と、装置を包囲するチャンバーと、チャンバー内を撮像する赤外線撮像手段と、温度制御手段とを備え、赤外線撮像手段の出力画像からチャンバー内の温度分布を求め、チャンバー内の温度が略均一となるように温度制御手段により温度制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
チャンバー内の数カ所に赤外線撮像手段を配置することにより、チャンバー内部全体の温度分布を瞬時に計測することが可能となり、さらにその温度分布を効率的に均質化することが可能となる。赤外線撮像手段の死角になる部分の温度は、その位置に従来型の温度センサーを配置し、赤外線撮像手段と従来型の温度センサーを併用することで、少数の温度計測手段によりチャンバー内の温度分布をより正確に知ることができる。
【００１１】
温度制御手段は、チャンバー内を循環する雰囲気の温度、レチクルの温度、投影光学系の温度、基板ステージ上に載置された感光基板の温度、又はレーザ干渉計の光路空調温度の少なくとも１つの温度、望ましくは全ての温度を、各部に設けられた部分空調装置から吹き出されるエアーの温度と流量を制御することによって、あるいは温度制御すべき装置部分に流通される流体の温度と流量を制御することによって行われる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明による投影露光装置のチャンバー内の配置を説明する概略図である。投影光学系本体は、光源１０、光学系１２、レチクル１４、投影光学系１６、ウエハステージ１９等からなる。光源１０から射出された露光光は、反射ミラー１１で反射され、フライアイインテグレータ等の光学系１２によって均一な強度分布の光束とされ、反射ミラー１３で光路を折り曲げられてレチクルステージ１５上に保持されたレチクル１４を均一に照明する。レチクル１４に形成されたパターンは、投影光学系１６を介してウエハステージ１９上のウエハホルダ１８に吸着して保持されたウエハ１７上に結像される。
【００１３】
ウエハステージ１９は、投影光学系１６の光軸ＡＸに垂直な平面内で互いに直交する方向へ移動可能な一対のブロックを重ね合わせた周知の構造のもので、駆動手段２２によって駆動される。ウエハステージ１９の位置は、ウエハステージ１９上に固定された移動鏡２０の間の距離をレーザ干渉計２１で計測することによって検出され、この計測値をもとにウエハ１７の２次元方向位置が調整される。レチクル１４とウエハ１７の位置合わせは、アライメント系２３等を用いて行われる。レチクル搬送部３１はレチクル１４の交換を行う。ウエハはカセット３２に収納されており、ウエハ搬送部３３で１枚ずつ取り出されて順次ウエハステージ１９上に載置され、露光される。
【００１４】
装置全体はチャンバー４０内に配置され、チャンバー４０内を循環するエアーは主空調装置５１によって一定温度に空調されている。それに加えて、装置内の発熱部あるいは高精度に温度制御を行う必要のある箇所は、各々部分空調や液体循環などの方法で個別に温度制御されている。すなわち、照明光に曝されるレチクル１４は部分空調装置５２から吹き出されるエアーによって温度制御され、同じく露光光の吸収によって昇温する可能性のある投影光学系１６は所定温度の液体を循環させる温度調整部５３，５４，５５によって一定温度に温度制御されている。この例では、投影光学系１６を上部１６ａ、中間部１６ｂ、下部１６ｃの３つの部分に分割し、第１の温度調整部５３に投影光学系の上部１６ａを、第２の温度調整部５４に中間部１６ｂを、第３の温度調整部５５に下部１６ｃをそれぞれ分担させることで投影光学系を高精度に温度制御している。また、ウエハステージ１９の位置を計測するレーザ干渉計２１の光路は、部分空調装置５６から吹き出されるエアーによって温度制御され、ウエハ１７を固定するウエハホルダ１８は、所定温度の液体を循環させる第４の温度調整部５７によって温度制御されている。アライメント系２３も、所定温度の起きた位を循環させる温度調整部５８によって温度制御されている。
【００１５】
なお、大量の熱を発生する光源１０を含む照明系は、チャンバー４０とは独立した別のチャンバー４１内に収容し、別系統で温度制御が行われており、照明系で発生した熱が直接チャンバー４０内に流入するのを防いでいる。
【００１６】
図２は、レーザ干渉計の光路を空調する部分空調装置５６の概念図である。部分空調装置５６は、外気あるいはチャンバー４０内を循環するエアーを導くダクト９０と、ダクト内を流通するエアーを加熱するヒーター９１及び開閉弁９２を備え、部分空調装置５６の吹き出し口から吹き出されるエアーの温度及び流量を調整できるようになっている。レチクル１４を部分空調する部分空調装置５２も同様の構造を有し、温度及び流量が調整されたエアーをレチクル１４に吹き付けるようになっている。液体を循環させて温度制御を行う温度調整部５３，５４，５５，５７，５８は、ヒーターや流量制御弁によって循環させる液体の温度及び流量を調整できるようになっている。なお、ヒーターの代わりにヒートポンプを設置し、加熱制御に加えて冷却制御をできるようにすることも可能である。
【００１７】
チャンバー４０内には複数個の赤外線撮像装置６１，６２，…が配置され、チャンバー内部に配置されている装置各部を常時あるいは一定時間毎に撮影する。複数個の赤外線撮像装置は、チャンバー４０の内部を全てカバーできるように配置するのが好ましい。各赤外線撮像装置６１，６２，６３で撮影された画像は、図３に示すように画像処理装置７１に入力され処理される。画像処理装置７１では、チャンバー４０内に配置された装置各部を撮影した画像から周知の方法で赤外線強度の分布図を作成し、温度分布図（サーモグラフ）に変換する。チャンバー４０内に赤外線撮像装置６１，６２，６３の死角となる場所がある場合には、その場所に抵抗体温度センサー６６，６７を配置し、その温度センサー６６，６７から得られるデータを加味することでチャンバー内全体の温度分布データを得ることができる。
【００１８】
主制御装置７２は、画像処理装置７１で得られたサーモグラフのデータからチャンバー４０内の各部分の温度を求め、温度分布を均一にして温度勾配を無くするために必要な部分空調装置５２，５６あるいは液体循環による温度調整部５３，５４，５５，５７，５８の温度制御パラメータを算出する。温度制御パラメータの算出はＰＩＤ演算によって行うことができ、最終的には部分空調装置５２，５６の弁開度やヒーター（又はヒートポンプ）電流のデータ、及び温度調整部５３，５４，５５，５７，５８によって循環される液体の温度調整用ヒーター（又はヒートポンプ）電流や流量制御弁の開度データに変換され、各制御ユニット８１〜８７に供給される。
【００１９】
図４は、赤外線撮像装置６１で撮像された投影光学系１６の画像を画像処理装置７１で処理して得たサーモグラフの一例の概念図である。温度はハッチングの密度によって表されており、ハッチング密度が高い箇所は温度が高いことを示している。この図は、投影光学系１６の上部が中間部や下部に比較して高温になっていることを示している。この場合、投影光学系１６以外の部分で温度分布がどのようになっているかにもよるが、一般には主制御装置７２は第１の温度調整部５３を制御する温度調整ユニット８４に、第２及び第３の温度制御部５４，５５を制御する温度調整ユニット８５，８６に対してよりもより低温の液体を循環させるように指令することになる。画像処理装置７１で処理して得た図４のようなサーモグラフは、必要があればオペレータが観察できるようにモニターに表示してもよい。
【００２０】
主空調制御ユニット８１は、主制御装置７２からの指令に従って空調装置５１のヒーター（又はヒートポンプ）電流及び開閉弁の開度を制御する。同様に、レチクル部分空調制御ユニット８２及びレーザ干渉計光路空調制御ユニット８３は、主制御装置７２の指令に従って、それぞれレチクル１４にエアーを吹き付ける部分空調装置５２及びレーザ干渉計２１の光路にエアーを吹き付ける部分空調装置５６のヒーター（又はヒートポンプ）電流及び開閉弁の開度を制御する。また、ウエハホルダ温度調整ユニット８７は、主制御装置７２からの指令に従って温度調整部５７を制御し、ウエハホルダ１８に循環させる液体の温度及び流量を制御する。これら一連の手続を逐次行い、循環制御することにより、チャンバー４０内の温度分布は均質化される。赤外線撮像装置６１，６２，６３のフォーカスを変えることにより擬似的に３次元の温度分布も得ることができ、より高精度な空調制御が可能になる。
また、本発明は装置調整時の熱源探索等にも用いることができ、その場合には従来よりも調整時間を短縮することができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によると、チャンバー内の温度分布を均質化することが可能になり、空気揺らぎ等の影響を軽減でき露光精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による投影露光装置のチャンバー内の配置を説明する概略図。
【図２】レーザ干渉計の光路を空調する部分空調装置の概念図。
【図３】制御系の概略図。
【図４】投影光学系を撮影したサーモグラフの一例を示す概念図。
【符号の説明】
１０…光源、１１…反射ミラー、１２…光学系、１３…反射ミラー、１４…レチクル、１５…レチクルステージ、１６…投影光学系、１７…ウエハ、１８…ウエハホルダ、１９…ウエハステージ、２０…移動鏡、２１…レーザ干渉計、２２…駆動手段、２３…アライメント顕微鏡、３１…レチクル搬送部、３２…カセット、３３…ウエハ搬送部、４０，４１…チャンバー、５１…主空調装置、５２，５６…部分空調装置、５３，５４，５５，５７，５８…温度調整部、６１，６２，６３…赤外線撮像装置、６６，６７…温度センサー、７１…画像処理装置、７２…主制御装置、８１…主空調制御ユニット、８２…レチクル部分空調制御ユニット、８３…レーザ干渉計光路空調制御ユニット、８４，８５，８６…投影光学系温度調整ユニット、８７…ウエハホルダ温度調整ユニット

Claims

感光基板を載置して２次元方向に移動可能な基板ステージと、前記基板ステージの２次元位置を検出するためのレーザ干渉計と、レチクルを載置するレチクルステージと、光源からの光を前記レチクルに入射させる照明系と、前記レチクルの像を前記基板ステージ上に載置された感光基板上に形成する投影光学系と、装置を包囲するチャンバーと、前記チャンバー内を撮像する赤外線撮像手段と、温度制御手段とを備え、前記赤外線撮像手段の出力画像から前記チャンバー内の温度分布を求め、チャンバー内の温度が略均一となるように前記温度制御手段により温度制御を行うことを特徴とする投影露光装置。
前記温度制御手段は、前記チャンバー内を循環する雰囲気の温度、前記レチクルの温度、前記投影光学系の温度、前記基板ステージ上に載置された感光基板の温度、又は前記レーザ干渉計の光路空調温度の少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
前記温度制御手段は、空調吹き出し部から吹き出される気体の温度と流量及び温度制御すべき所定の部分に流通する流体の温度と流量を制御するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の投影露光装置。
前記チャンバー内に配置された温度センサをさらに備え、前記温度センサから得られるデータに基づいて前記チャンバー内の温度分布を取得することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の投影露光装置。
前記赤外線撮像手段の出力画像に基づいて前記チャンバー内の温度分布図を生成しモニタ出力する手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の投影露光装置。