JP2000349005A - 露光装置及び半導体デバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空中でウェハを露光する露光装置ではウェ
ハを真空装置に搬入する際に断熱膨張によってウェハの
温度が低下する。これを補正するために加熱装置が容易
されている。また、露光後のウェハに対しては化学増感
のために加熱処理が必要である。一般的にはこのふたつ
の加熱装置の温度は異なり、別々の加熱装置が用意され
ている。しかし、この事は加熱装置へのコスト高、装置
の設置面積という観点からは好ましいものではなかっ
た。 【解決手段】ひとつの加熱手段によって加熱の制御を行
う。加熱の制御としては、加熱手段に接する時間を制御
することによって達成される。また、別の制御としては
加熱手段手段からの距離を制御することにより達成され
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、半導体露光装置及
び半導体デバイス製造方法に関するものであり、特には
ウェハを効率よく温度制御する半導体露光装置及びその
装置を用いた半導体デバイス製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、ＤＲＡＭやＭＣＰ等の半導体デバ
イスの製造においては最小線幅をより狭くする開発研究
が盛んに行われており、デザインルール０．１μm以下
の線幅を有するデバイスの実現に向けて種々の技術が開
発されている。この最小線幅の問題と切っても切れない
関係を有するのが、露光時に生じる光の回折現象であ
り、これに起因する像や集光点のボケが必要な最小線幅
を実現する時の最大の問題点である。この問題の解決策
として、より回折現象の少ない荷電粒子線、真空紫外
線、Ｘ線を用いた露光装置の開発がなされている。この
ような露光装置を設計する際に留意すべき事項として
は、 (1) 露光処理を行う室は常に真空状態に保つ；これは処
理のスループットを確保するために絶対に必要な事項で
ある。 (2) 大気雰囲気の中空容器内にウェハを置き、容器を短
時間に真空状態にすると断熱膨張のためにウェハの温度
が低下する。そこで、これによって生じるウェハの収縮
の影響を除去する；具体的には、容積数十リットルの中
空容器の大気雰囲気を排気して真空にすると、断熱膨張
現象の影響によって内部にあるウェハの温度は約１℃低
下する。この温度変化はウェハサイズが８インチの場
合、０．５ミクロンの寸法変化をきたし、露光位置の精
度が全く保証できなくなる。 (3) 露光後、化学増感型のレジストの場合には感度を高
めるために加熱処理（post exposure baking、ＰＥＢ）
を行う；こと等である。この様な点を考慮した装置の例
として、荷電粒子線露光装置の装置構成図を図７に示
す。ウェハを露光装置内に搬入する場合、先ず大気状態
にされたロードロック室１２内にウェハを搬入する。次
いで、この室を真空排気して真空状態にし、露光処理室
と連結出来るようにする。この真空排気時に断熱膨張に
よってウェハの温度低下が生じる。しかしながら、次に
ウェハを常に真空状態が保たれている熱処理室１３に搬
入し、例えば２３℃に設定されたホットプレート１９上
に載置し、加熱処理を行うとウェハの温度変化は無くな
る。ウェハへの露光が終了するとウェハは搬入時とは反
対の順序で露光装置より取り出される。露光装置外に取
り出されたウェハは別に設置された熱処理室２１中で、
百数十℃に設定されたホットプレート１９’上に載置さ
れて加熱処理され化学的に増感がなされる。なお、上記
の例とは違って、ロードロック室内に加熱手段（ホット
プレート１９）を設置し、直接露光処理室とロードロッ
ク室を接続する場合もあり、また加熱手段にしても、Ｐ
ＥＢのための加熱手段１９を前述の熱処理室１３内に設
けてる場合もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような装置構成
を有する荷電粒子線露光装置では、断熱膨張によって生
じるウェハの温度補正用の加熱装置と露光後のＰＥＢの
ための加熱手段を別々に設けており、装置としてのコス
ト高、装置の設置面積の増大に伴うコスト高を招き、半
導体製造工程全体がコスト高になるという問題点があっ
た。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題解決
のために以下に記すような手段を用いた。第１の手段と
して、真空中で露光されるウェハを搬送するための搬送
路中にウェハ加熱手段を有する露光装置において、該加
熱手段の作用の程度を変えることによりウェハの温度を
複数の温度に制御するようにした。このことにより加熱
手段を複数配備しなくてもウェハを複数の温度に設定で
き、装置のコスト高、設置面積の増加を抑える事が出来
る。

【０００５】第２の手段として、第１の手段を実施する
際に、加熱手段の作用時間を変えることにより、作用の
程度を変えるようにした。作用時間とは、加熱という効
果がウェハに及ぶ時間である。この手段によって容易に
作用の程度を変える事ができる。従って、装置のコスト
高、設置面積の増加を抑える事が出来る。第３の手段と
して、第２の手段を実施する際に加熱手段をホットプレ
ートとし、ウェハとホットプレートの距離を変えること
により作用の程度を変えることとした。ホットプレート
は製作が容易なために安価であり、且つ温度制御が容易
であり、ウェハとホットプレートとの距離を変えること
も容易であるため、結果的に安価で温度制御性に優れた
加熱手段が得られ、従って、装置のコスト高、設置面積
の増加を抑える事が出来る。

【０００６】第４の手段として、第２の手段を実施する
際に、加熱手段としてとしてホットプレートを用い、ウ
ェハがプレート上に滞在する時間を変えることによって
加熱手段の作用時間を変えることとした。ホットプレー
トは製作が容易なために安価であり、且つ温度制御が容
易であり、且つウェハのホットプレート上での滞在時間
を制御することは容易である加熱手段が得られ、従っ
て、装置のコスト高、設置面積の増加を抑える事が出来
る。

【０００７】第５の手段として、ウェハ準備工程、マス
ク準備工程、ウェハプロセッシング工程、チップ組立工
程、チップ検査工程を有する半導体デバイスの製造方法
に対して、ウェハプロセッシング工程中の露光工程にお
いて請求項１から４記載のいずれかの露光装置をもちい
て半導体デバイスを製造することとした。露光装置が安
価で、設置面積が少ないためにコスト的に有利な半導体
デバイス製造方法が得られる。

【０００８】

【実施の形態】本発明の思想は、ふたつの加熱手段を用
いると装置のコスト及び設置面積、加熱手段を駆動させ
る駆動電源のコスト設置面積に無駄を生じる。そこで、
ひとつの加熱手段を用いて色々な温度に被加熱物を加熱
するようにした。そして、そのための温度制御として、
加熱手段を必要な最高温度に設定し、それよりも低い温
度にウェハの温度を調節する時には加熱手段と接触する
時間を短くしたり、または加熱手段からのウェハの距離
を大きくすることによって温度制御することとした。図
１はこの思想を示すものである。加熱処理室１３内に設
置されたホットプレート１９は温度制御装置２０によっ
て必要な最高温度に制御されている。このホットプレー
ト１９上にウェハ１がロボットアーム２によって保持さ
れて載置される。このロボットアームは保持軸の回りの
回転と上下運動が可能であり、その動きはロボットアー
ム制御装置４によって制御される。ホットプレートの温
度を１２０℃に設定し、接触時間を１から２秒とすると
ウェハの温度は２３℃に調節される。図２には、別の形
態を示している。ホットプレート１９の周辺部にはウェ
ハとホットプレートの距離を制御する部材３が設けら
れ、必要に応じて使用することによりウェハとホットプ
レートの距離が調節されてウェハの温度が制御可能にな
る。ホットプレートの温度が１２０℃の時、部材３によ
ってウェハとプレートの距離を２０ｍｍとして、数十秒
置くと２３℃に調節される。なお、部材３は必要ないと
きには図の破線によって示されるような位置になり、直
接プレートに載置する場合の妨げにならないようになっ
ている。

【０００９】以上の実施例に示したように、加熱手段で
あるホットプレートを必要な最高温度に設定し、被加熱
物であるウェハとプレートの間隔を調節したり、プレー
ト上に載置する時間を変えて加熱手段の作用を制御する
ことによってひとつの加熱手段で色々な温度に被加熱物
を温度制御できる。これによって、装置コストの低減及
び設置面積の低減が新たなコスト増を招くことなく可能
になる。

【００１０】次にこの様な技術的思想を取り込んだ半導
体露光装置の説明をする。図３は装置の全体図である。
ゲートバルブ５２が閉の状態でゲートバルブ５１を開い
てウェハ１を図示しないロボットアームによって大気室
１１よりロードロック室１２に搬送し、搬入後ゲートバ
ルブ５１を閉じてロードロック室を真空ポンプ１７によ
って排気する。ロードロック室１２が所定の圧力になる
とゲートバルブ５２を開いて図１に示したロボットアー
ム２によってウェハ１が熱処理室に移され、同時にゲー
トバルブ５２は閉じられる。ウェハ１がホットプレート
１９上に１秒間載置されると、ゲートバルブ５３が開い
てウェハ１は露光処理室に移され、ゲートバルブ５３が
閉じられて露光される。なお、ここでは一旦ウェハをホ
ットプレートから離した状態で待機させることもある。
露光が終了すると、ゲートバルブ５３が開き、図示しな
いロボットアームによってウェハ１はロボットアーム２
に渡され、ゲートバルブ５３は閉じられる。（勿論、こ
の時次に露光されるべきウェハが露光処理室に搬入され
る。）ロボットアーム２はウェハ１を３０秒間ホットプ
レートに接触させる。以後、順次真空系から大気系にウ
ェハは搬送されて、取り出される。この工程でのウェハ
の温度の変化を見ると図４のようになる。この様に露光
装置に本発明を取り入れるとコスト高を招かず、装置の
設置面積を増加させずに所定の処理を終えることが出来
る。

【００１１】次に本発明に用いられる露光光学装置の形
態の例を電子線露光光学系でもって示す。図５は電子ビ
ームを用いた露光光学装置を示すものである。この装置
の光学系の最上流部には電子銃１０１が配置されてい
る。電子銃１０１は、下方に向けて電子ビームを放射す
る。電子銃１０１の下方には照明レンズ１０３が備えら
れており、電子ビームは、この照明レンズ１０３を通っ
て成形開口１０５を照明する。成形開口１０５は、マス
ク照明ビームの外形を整形するためのものである。この
開口１０５の像は、照明レンズ１０７によってマスク１
１３上に結像される。成形開口１０５の下方には、照明
走査用偏向器１０９及び１１１が配置されている。同走
査用偏向器は、照明ビームを図の左右方向（Ｘ方向と呼
ぶ）に順次走査して、マスク１１３上の各小領域の露光
を行う。上の照明偏向器１０９と同じＺ方向位置には、
照明レンズ１０７が配置されている。同レンズ１０７
は、電子ビームを平行ビーム化し、マスク１１３に当
て、マスク１１３上に成形開口５を結像させる。マスク
１１３は、光軸垂直方向（ＸＹ方向）に移動可能なマス
クステージ１１５上に載置されている。そして、レジス
トの塗布された面（被露光面）を有するウエハ１２３
も、ＸＹ方向に移動可能なウエハステージ１２５上に載
置されている。これらのマスクステージ１１５とウエハ
ステージ１２５とを、互いに逆のＹ方向（紙面垂直方
向）に走査し、Ｘ方向には偏向器１０９と１１１を用い
て走査することにより、ウェハ上のレジストを順次露光
していく。なお、両ステージ１１５、１２５には、レー
ザ干渉計を用いた正確な位置測定システム１１６、１２
６が装備されており、また別途のアライメント手段及び
偏向器の調整により、ウエハ１２３上で各パターン小領
域は正確に繋ぎ合わされる。ステージ制御部１２９は、
レーザ干渉計１１６、１２６からのステージ位置情報に
基づいて各ステージ１１５、１２５の駆動系をコントロ
ールする。マスク１１３の下方には２段の投影レンズ１
１７及び１２１及び偏向器（図示されず）が設けられて
いる。そして、マスク１１３でパターン化された電子ビ
ームは、同レンズ１１７、１２１及び偏向器によって縮
小されるとともに偏向され、ウエハ１２３上の所定の位
置に結像される。ウエハ１２３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
られてマスク上の回路パターンの縮小パターンがウエハ
１２３上に転写される。投影レンズ１２１の上に配置さ
れている焦点補正レンズ１１９は、各小領域毎にクーロ
ン相互作用や収差を補正する。ウエハ１２３は、前述の
ように、光軸直角方向に移動可能なウエハステージ１２
５上に載置されている。

【００１２】最後に、本願発明の露光装置を使用した半
導体素子の製造方法の例を示す。図６は該製造方法の工
程のフローチャートを示している。製造方法を示す工程
は、ウェハを製造するウェハ製造工程、（またはウェハ
を準備するウェハ準備工程）、次工程で使用するマスク
を製作するマスク製造工程（又はマスクを準備するマス
ク準備工程）、ウェハに必要な加工処理を行うウェハプ
ロセッシング工程、ウェハ上に形成されたチップを１個
づつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程、
出来たチップを検査する、チップ検査工程を主工程と
し、それぞれの工程は更に幾つかのサブ工程からなって
いる。この主工程の中で半導体のデバイスの性能に決定
的な影響を有する主工程がウェハプロセッシング工程で
ある。この工程では、設計された回路パターンをウェハ
上に順次積層し、メモりーやＭＰＵとして動作するデバ
イスチップを多数形成することである。このために、ウ
ェハプロセッシング工程では、絶縁層となる誘電体薄膜
や配線部、電極部を形成する金属薄膜等を形成する薄膜
形成工程（ＣＶＤやスパッタリング等を用いる）、この
薄膜層やウェハ基板を酸化する酸化工程、薄膜層やウェ
ハ基板等を選択的に加工するためにマスク（レチクル）
を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィ工
程、レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工する
エッチング工程（例えばドライエッチング技術を用い
る）やイオン・不純物注入拡散工程、レジスト剥離工
程、更に加工されたウェハを検査する検査工程を有して
いる。尚、ウェハプロセッシング工程は必要な層数だけ
繰り返し行われ、設計通り動作する半導体デバイスが製
造される。このウェハプロセッシング工程の中核をなす
工程がリソグラフィ工程であり、前段の工程で回路パタ
ーンが形成されたウェハ上にレジストをコートするレジ
スト塗布工程、レジストを露光する露光工程、露光され
たレジストを現像してレジストのパターンを得る現像工
程、現像されたレジストパターンを安定化させるための
アニール工程を有している。露光工程（リソグラフィ工
程）に本発明の露光装置を用いるとリソグラフィ工程の
コスト、設置面積の低減（従って、クリーンルームの床
面積の低減）が改善される。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明によっ
て、装置コストの低減と装置設置面積の低減を容易に実
現する露光装置が可能になり、同様な効果が半導体製造
方法にももたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明による加熱手段の実施例である。

【図２】本願発明による加熱手段の他の実施例である。

【図３】本願発明を使用した露光装置の概略図

【図４】本願発明の加熱装置を用いたときのウェハの温
度変化を示す。

【図５】本願発明とともに使用される露光光学装置の例

【図６】本願発明を使用する半導体素子の製造方法を示
すフローチャート

【図７】従来の露光装置を示す。

【符号の説明】

１ ・・・ ウェハ ２ ・・・ ロ
ボットアーム ３ ・・・ 高さ調節部材 １３ ・・・ 恒
温室 １９ ・・・ ホットプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１６Ｅ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空中で露光されるウェハを搬送するた
   めの搬送路中にウェハ加熱手段を有する露光装置であっ
   て、該加熱手段の作用の程度を変えることによりウェハ
   の温度を複数の温度に制御することを特徴とする半導体
   露光装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体露光装置であっ
   て、前記加熱手段の作用時間を変えることにより、前記
   作用の程度を変えることを特徴とする半導体露光装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の半導体露光装置であっ
   て、前記加熱手段がホットプレートであり、ウェハとホ
   ットプレートの距離を変えることにより前記作用の程度
   を変えることを特徴とする半導体露光装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載の半導体露光装置であっ
   て、加熱手段がホットプレートであり、ウェハがプレー
   ト上に滞在する時間を変えることによって加熱手段の作
   用時間を変えることを特徴とする半導体露光装置。
5. 【請求項５】 ウェハ準備工程、マスク準備工程、ウェ
   ハプロセッシング工程、チップ組立工程、チップ検査工
   程を有する半導体デバイスの製造方法であって、ウェハ
   プロセッシング工程中の露光工程において請求項１から
   ４記載のいずれかの露光装置をもちいて半導体デバイス
   を製造することを特徴とする半導体デバイス製造方法。