JP2000232051A

JP2000232051A - 感応基板の保持方法及び露光装置

Info

Publication number: JP2000232051A
Application number: JP11031356A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Hirayanagi; 徳行平柳
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-02-09
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2000-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】静電チャックから感応基板への漏れ電流によ
って露光精度が低下することを防止できる感応基板の保
持方法を提供する。【解決手段】本方法は、露光装置の静電チャック１６
上にウエハ１５を保持する方法である。ウエハ１５への
露光ビーム照射のON・OFF タイミングに応じて静電チャ
ック１６への電源供給を制御する。露光ビームがウエハ
１５に照射されている時は静電チャック１６への電源供
給を行わないか制限することにより、ウエハ１５に流れ
る漏れ電流は減少する。したがって、漏れ電流が露光ビ
ームに及ぼす影響を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置において
感応基板（ウエハ等）を静電チャック上に保持する方法
に関する。特には、静電チャックから感応基板への漏れ
電流によって露光精度が低下することを防止するための
改良を加えた感応基板の保持方法及び露光装置に関す
る。なお、本明細書において広義の意味で用いる静電チ
ャックは、静電力によって感応基板を保持する装置全体
を含む。

【０００２】

【従来の技術】真空下で露光する荷電粒子線露光装置を
例に採って説明する。このような露光装置のウエハ保持
方法としては、留め具等による機械的な保持方法と静電
吸着による保持方法等が主に使用されている。このう
ち、静電吸着による保持方法は、静電チャックの電極を
配置した部分全面で吸着が行われるため、ウエハのそり
等の変形を良好に矯正できるという長所がある。

【０００３】図５は、従来技術による静電チャックを用
いたウエハ保持方法の概要を模式的に示す図である。静
電吸着を利用したウエハ保持装置（静電チャック３６）
はＸ−Ｙステージ１７上に設置され、ウエハ１５を保持
する。静電チャック３６は、一般的には絶縁体３６ｂ
（セラミックス等）中に電極３６ｃ、３６ｄを設置し、
この電極に電源３１ａ、ｂから電圧を印加することでウ
エハ１５と電極３６ｃ、ｄ間に静電引力が発生し、ウエ
ハ１５を吸着保持する。図５に示した例では、２つの電
極３６ｃ、ｄに逆向きの電圧を印加しており、ウエハ面
をアース電位とすることができる。

【０００４】静電チャックは、主としてクーロン力で吸
着するタイプと、主としてジョンセンラーベック力（微
小電流が流れて吸着力が増大する現象）で吸着するタイ
プに大別される。前者は、吸着力は小さいが応答性に優
れ、ウエハに流れる漏れ電流が少ないという特徴があ
る。後者は、応答性が若干悪く、静電チャックの電極か
らウエハに流れる漏れ電流が比較的多いが、吸着力が非
常に大きいという特徴がある。この２つのタイプは、静
電チャックの絶縁体の体積抵抗率によって区別すること
ができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】高スループットをねら
う露光装置のウエハステージでは高いＧがかかるので、
主としてクーロン力で吸着するタイプでは吸着力が不足
する場合があり、主としてジョンセンラーベック力で吸
着するタイプを使用せざるを得ない。しかしながら、主
としてジョンセンラーベック力で吸着するタイプでは、
静電チャックの電極からウエハに流れる漏れ電流が大き
く（例：Φ３００ウエハで５００μA)、ウエハに照射さ
れる荷電粒子線に影響を及ぼし、露光位置誤差の原因と
なりうる。特に、１６ＧＤＲＡＭ以降の線幅精度０．１
μm の露光などに対応するには、この問題は重要となり
うる。なお、この問題は、本発明者らの知りうるところ
では、本発明者らが初めて認識したものである。

【０００６】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、静電チャックから感応基板への漏れ電流に
よって露光精度が低下することを防止できる感応基板の
保持方法及び露光装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】上
記課題を解決するため、本発明の感応基板の保持方法
は、感応基板上にパターンを形成する露光装置の静電
チャック上に感応基板を保持する方法であって、感応
基板への露光ビーム照射のON・OFF タイミングに応じて
静電チャックへの電源供給を制御することを特徴とす
る。

【０００８】静電チャックへの電源供給を制御すると
は、例えば、露光ビーム照射ONの時は静電チャックへの
電源供給をOFF とする。あるいは、露光ビーム照射ONの
時はOFF の時よりも静電チャックへの供給電圧を低くす
る。露光ビームがウエハに照射されている時は静電チャ
ックへの電源供給を行わないか制限することにより、ウ
エハに流れる漏れ電流は減少する。したがって、漏れ電
流が露光ビームに及ぼす影響を低減することができる。
静電チャックへ電源供給が行われない時間は、静電チャ
ックが持つ残留吸着力によりウエハは吸着される。ウエ
ハに流れる漏れ電流が許容値以下になればよいので、必
ずしも露光中に電源を完全にOFF にする必要はない。

【０００９】ここで、感応基板への露光ビーム照射のON
とは、感応基板に露光ビームを当てること、あるいは、
露光ビームの形状・位置等の精密な制御下で感応基板に
露光ビームを当てることを意味する。一方、感応基板へ
の露光ビーム照射のOFF とは、感応基板に露光ビームを
当てないこと、あるいは、当てていても露光ビームの形
状・位置等の精密な制御を行わない状態で感応基板にビ
ームを当てることを意味する。要は、精密な照射制御を
行う時にウエハに流れる漏れ電流が許容値以下になれば
よいのである。

【００１０】本発明の露光装置は、感応基板上にパター
ンを形成する露光装置であって；感応基板を保持する静
電チャックと、静電チャックへの電源供給を制御する
制御装置と、を備え、感応基板への露光ビーム照射のON
・OFF タイミングに応じて静電チャックへの電源供給を
制御することを特徴とする。

【００１１】以下、図面を参照しつつ説明する。まず、
荷電粒子線の一種である電子線を用いる露光技術の概要
（例）について説明する。図３は、分割転写方式の電子
線投影露光装置の光学系全体における結像関係及び制御
系の概要を示す図である。光学系の最上流に配置されて
いる電子銃１は、下方に向けて電子線を放射する。電子
銃１の下方には２段のコンデンサレンズ２、３が備えら
れており、電子線は、これらのコンデンサレンズ２、３
を通ってブランキング開口７にクロスオーバーC.O.を結
像する。

【００１２】コンデンサレンズ３の下には、矩形開口４
が備えられている。この矩形開口（照明ビーム成形開
口）４は、レチクル１０の一つのサブフィールド（単位
露光領域）を照明する照明ビームのみを通過させる。具
体的には、開口４は、照明ビームをレチクルサイズ換算
で１mm角強の寸法の正方形に成形する。この開口４の像
は、レンズ９によってレチクル１０に結像される。

【００１３】ビーム成形開口４の下方には、ブランキン
グ偏向器５が配置されている。同偏向器５は、照明ビー
ムを偏向させてブランキング開口７の非開口部に当て、
ビームがレチクル１０に当たらないようにする。ブラン
キング開口７の下には、照明ビーム偏向器８が配置され
ている。この偏向器８は、主に照明ビームを図３のＸ方
向に順次走査して、照明光学系の視野内にあるレチクル
１０の各サブフィールドの照明を行う。偏向器８の下方
には、コンデンサレンズ９が配置されている。コンデン
サレンズ９は、電子線を平行ビーム化してレチクル１０
に当て、レチクル１０上にビーム成形開口４を結像させ
る。

【００１４】レチクル１０は、図３では光軸上の１サブ
フィールドのみが示されているが、実際には図４を参照
しつつ後述するように光軸垂直面内（Ｘ−Ｙ面）に広が
っており多数のサブフィールドを有する。レチクル１０
上には、全体として一個の半導体デバイスチップをなす
パターン（チップパターン）が形成されている。

【００１５】照明光学系の視野内でレチクル１０上の各
サブフィールドを照明するために、上述のとおり、偏向
器８で電子線を偏向することができる。照明光学系の視
野を越えて各サブフィールドを照明するためには、レチ
クル１０を機械的に移動させる。すなわち、レチクル１
０は、ＸＹ方向に移動可能なレチクルステージ１１上に
載置されている。

【００１６】レチクル１０の下方には投影レンズ１２及
び１４並びに偏向器１３が設けられている。そして、レ
チクル１０のあるサブフィールドに照明ビームが当てら
れ、レチクル１０のパターン部を通過した電子線は、投
影レンズ１２、１４によって縮小されるとともに、偏向
器１３により偏向されてウエハ１５上の所定の位置に結
像される。ウエハ１５上には、適当なレジストが塗布さ
れており、レジストに電子ビームのドーズが与えられて
レチクル上のパターンが縮小されてウエハ１５上に転写
される。

【００１７】なお、レチクル１０とウエハ１５の間を縮
小率比で内分する点にクロスオーバーC.O.が形成され、
同クロスオーバー位置にはコントラスト開口１８が設け
られている。同開口１８は、レチクル１０の非パターン
部で散乱された電子線がウエハ１５に到達しないよう遮
断する。

【００１８】ウエハ１５は、静電チャック１６を介し
て、ＸＹ方向に移動可能なウエハステージ１７上に載置
されている。上記レチクルステージ１１とウエハステー
ジ１７とを互いに逆の方向に同期走査することにより、
チップパターン内で多数配列されたサブフィールドを順
次露光することができる。なお、両ステージ１１、１７
には、レーザ干渉計を用いた正確な位置測定システムが
装備されており、ウエハ１５上でレチクル１０上のサブ
フィールドの縮小像が正確に繋ぎ合わされる。

【００１９】上記各レンズ２、３、９、１２、１４及び
各偏向器５、８、１３は、各々のコイル電源２ａ、３
ａ、９ａ、１２ａ、１４ａ及び５ａ、８ａ、１３ａを介
して、制御部２１によりコントロールされる。また、レ
チクルステージ１１及びウエハステージ１７も、ステー
ジ駆動モータ制御部１１ａ、１７ａを介して、制御部２
１によりコントロールされる。静電チャック１６は、静
電チャック制御部１６ａを介して、メインコントローラ
２１によりコントロールされる。

【００２０】次に、分割転写方式の電子線投影露光に用
いられるレチクルの詳細例について、図４を用いて説明
する。図４は、電子線露光用のレチクルの構成例を模式
的に示す図である。（Ａ）はパターン領域の一部の斜視
図であり、（Ｂ）は全体の平面図である。

【００２１】図４中、多数の正方形４１で示されている
領域が、一つのサブフィールドに対応したパターン領域
を含む小メンブレイン領域（厚さ０．１μm 〜数μm ）
である。一つのサブフィールドは、現在検討されている
ところでは、レチクル上で０．５〜５mm角程度の大きさ
を有する。このサブフィールドがウエハ上に縮小投影さ
れた投影像の領域（イメージフィールド）の大きさは、
縮小率１／５として０．１〜１mm角である。小メンブレ
イン領域４１の周囲の直交する格子状のグリレージと呼
ばれる部分４５は、メンブレインの機械強度を保つため
の厚さ０．５〜１mm程度の梁である。グリレージ４５の
幅は０．１mm程度である。

【００２２】図のＸ方向には多数の小メンブレイン領域
４１が並んで一つのグループ（偏向帯）をなし、そのよ
うな帯がＹ方向に多数並んで１つのストライプ４９を形
成している。ストライプ４９の幅は電子線光学系の偏向
可能視野の広さに対応している。ストライプ４９は、Ｘ
方向に並列に複数存在する。隣り合うストライプ４９の
間にストラット４７として示されている幅の太い梁は、
レチクル全体のたわみを小さく保つためのものである。
ストラット４７はグリレージと一体で、厚さ０．５〜１
mm程度であり、幅は数mmである。

【００２３】現在有力と考えられている方式によれば、
投影露光の際に１つのストライプ４９内のＸ方向の列
（偏向帯）は電子線偏向により順次露光される。一方、
ストライプ４９内のＹ方向の列は、連続ステージ走査に
より順次露光される。隣のストライプ４９に進む際はス
テージを間欠的に送る。

【００２４】投影露光の際、ウエハ上では、スカート
（サブフィールドの回りの額縁状の非パターン領域）や
グリレージ等の非パターン領域はキャンセルされ、各サ
ブフィールドのパターンがチップ全体で繋ぎ合わせされ
る。なお、転写の縮小率は１／４あるいは１／５が検討
されており、ウエハ上における１チップのサイズは、４
ＧＤＲＡＭで２７mm×４４mmが想定されているので、レ
チクルのチップパターンの非パターン部を含む全体のサ
イズは、１２０〜２３０mm×１５０〜３５０mm程度とな
る。

【００２５】次に、静電チャックとその制御の詳細につ
いて説明する。図１は、本発明の１実施例に係る露光装
置のウエハ保持用チャックの構成とその制御方法を説明
するための模式的図である。なお、この図は露光装置の
うちのブランキング装置とウエハステ−ジの周辺部のみ
を表している。チャック１６は、ウエハステ−ジ１７上
に固定されている。チャック１６は、セラミックス等か
らなる絶縁体１６ｂの円盤を備える。この絶縁体１６ｂ
の上表面（吸着面）１６ｅには、ウエハ１５が吸着保持
される。

【００２６】静電チャック１６の吸着面１６ｅの直下に
は電極１６ｃ、１６ｄが埋設されている。各電極１６
ｃ、１６ｄは、それぞれ吸着面１６ｅのほぼ半分に広が
っている。各電極１６ｃ、１６ｄには、静電チャック制
御部１６ａを介して２つの電源３１ａ、３１ｂが接続さ
れている。２つの電源３１ａ、３１ｂは互いに逆の極性
である。各電極１６ｃ、１６ｄに印加される電圧の極性
も互いに逆である。静電チャック制御部１６ａは、メイ
ンコントローラ２１によりコントロールされ、各電極１
６ｃ、１６ｄへの印加電圧を制御する。その方法につい
ては図２を参照しつつ後述する。

【００２７】図３を参照しつつ上述したように、荷電粒
子線露光装置には露光ビームをON／OFF する装置として
シャッターに相当するブランキング装置が設置されてい
る。一般的なブランキング装置は、ブランキング電極５
に電圧を印加することによって露光ビームを偏向し、ブ
ランキング開口７でビームを吸収させることでウエハ１
５上に露光ビームが到達することを阻止する。図中でＥ
Ｂ２がブランキングされているビームを示し、ＥＢ１が
ブランキングされていないビームを示す。

【００２８】特に上述の分割転写型の露光装置において
は、ブランキング装置の制御は周期的に行われる。ウエ
ハステージ及びマスクステージが露光開始位置に移動す
るまでは、露光ビームはブランキング装置によってOFF
とされる。露光開始位置からは、１ショット露光した後
に露光ビームがOFF とされ、次の露光位置へ偏向器で露
光ビームを偏向し、偏向器が整定された後に露光ビーム
がONとなって次の露光が行われる。このような動作が周
期的に繰り返される。上述した図４のチップパターンで
は、例えば、一つのサブフィールドあるいはＸ方向のサ
ブフィールドの列である１本の偏向帯を露光する間は露
光ビームはONとなり、次のサブフィールド又は偏向帯へ
移る間は露光ビームはOFF である。このブランキング偏
向器５の電源５ａも露光装置のメインコントローラ２１
によってコントロールされる。

【００２９】次に、露光ビームのON・OFF と静電チャッ
ク電源供給のタイミングについて説明する。図２は、本
発明の１実施例に係る荷電粒子ビーム転写露光方法を説
明するための、露光ビームON・OFF と静電チャック電源
供給のタイミングを示すタイミングチャートである。図
の上には露光ビームのON・OFF （この場合はブランキン
グ偏向器のOFF ・ONに対応）が示されており、図の下に
は静電チャック電源のON・OFF が示されている。この例
では、露光ビームON時は静電チャックはOFF となってい
る。

【００３０】さらに、露光ビームONのｔ₁前に静電チャ
ックはOFF となり、露光ビームOFFのｔ₂後になって静
電チャックはONとなる。つまり、露光ビームONの前後に
t₁、t₂の余裕を持たせて静電チャックをOFF としてい
る。この余裕の時間の例としては、露光ビームON時間Ｔ
に１００μsec のときにｔ₁＝１０μsec 、ｔ₂＝１０
μsec 程度である。このように余裕ｔ₁、ｔ₂を持たせ
ている理由は、電源制御の遅延（Delay ）等によって露
光中に漏れ電流がウエハ中を流れる可能性を低減するた
めである。

【００３１】図２に示したように、静電チャックのON／
OFF のタイミングも露光ビームON／OFF のタイミングに
同期し、ブランキング装置の制御信号を参照して静電チ
ャックの制御を行う。これによって、制御装置の電極か
らウエハに流れる漏れ電流の影響が低減され、精度の高
い露光パターンが得られる。なお、静電チャックからウ
エハへの漏れ電流による実害がなければ良いので、例え
通常静電チャックON時に６００Ｖ程度の印加電圧を１０
０Ｖ程度に下げるようにしても相当効果が期待できる。

【００３２】静電チャックは絶縁体の特性によって、様
々な残留吸着力特性のものがあるので、上記ON／OFF 周
期に適した特性のものを使用すればよい。また、電源OF
F の瞬間にウエハに流れる漏れ電流が完全にゼロになる
わけではないが、静電チャックの誘電体（絶縁体）の抵
抗率等を調節することにより、所望の漏れ電流のレベル
とすることが可能である。一般的に、分割転写方式の露
光装置の露光ビームON／OFF 周期は、チップ間の振動等
で静電チャックONになる時間が長くなる場合を除いて、
１０Hz〜１００kHz 程度であるため、この周期で制御を
行えばよい。

【００３３】なお、静電チャックの誘電体の抵抗率と漏
れ電流及び残留吸着力特性の例を以下に挙げる。低効率：１０¹⁰Ω・cm、厚さ：０．５m m 、Φ２００ウ
エハ用チャックの漏れ電流：３００μA 程度、吸着力の
残留時間：１０sec 程度

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、高い吸着力を持つ静電チャックを使用して
も、静電チャックの電極からウエハに流れる漏れ電流が
露光ビームに及ぼす影響を最小限にできる。そのため、
精度の高いパターン形成を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係る露光装置のウエハ保持
用チャックの構成とその制御方法を説明するための模式
的図である。

【図２】本発明の１実施例に係る荷電粒子ビーム転写露
光方法を説明するための、露光ビームON・OFF と静電チ
ャック電源供給のタイミングを示すタイミングチャート
である。

【図３】分割転写方式の電子線投影露光装置の光学系全
体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。

【図４】電子線露光用のレチクルの構成例を模式的に示
す図である。（Ａ）はパターン領域の一部の斜視図であ
り、（Ｂ）は全体の平面図である。

【図５】従来技術による静電チャックを用いたウエハ保
持方法の概要を模式的に示す図である。

【符号の説明】【符号の説明】

１電子銃２，３コンデンサ
レンズ４照明ビーム成形開口５ブランキング偏向器７ブランキング開口８偏向器９コンデンサレン
ズ１０レチクル１１レチクルステ
ージ１２投影レンズ１３偏向器１４投影レンズ１５ウエハ１６静電チャック１７ウエハステー
ジ１８コントラスト開口２１制御部３１
電源４１メンブレイン領域４５グリレージ４７ストラット４９ストライプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】感応基板上にパターンを形成する露光装
置の静電チャック上に感応基板を保持する方法であっ
て、感応基板への露光ビーム照射のON・OFF タイミングに応
じて静電チャックへの電源供給を制御することを特徴と
する感応基板の保持方法。
【請求項２】露光ビーム照射ONの時は静電チャックへ
の電源供給をOFF とすることを特徴とする請求項１記載
の感応基板の保持方法。
【請求項３】露光ビーム照射ONの時はOFF の時よりも
静電チャックへの供給電圧を低くすることを特徴とする
請求項１記載の感応基板の保持方法。
【請求項４】上記静電チャックへの電源供給のON・OF
F 周期が１Hz以上であることを特徴とする請求項１、２
又は３記載の感応基板の保持方法。
【請求項５】上記静電チャックの感応基板吸着面を構
成する物質の体積抵抗率が１０⁹〜１０¹³Ωcmであるこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の感応
基板の保持方法。
【請求項６】感応基板上にパターンを形成する露光装
置であって；感応基板を保持する静電チャックと、静電チャックへの電源供給を制御する制御装置と、を備
え、感応基板への露光ビーム照射のON・OFF タイミングに応
じて静電チャックへの電源供給を制御することを特徴と
する露光装置。