JP2002100566A - 真空装置及び試料の温度調整方法及びデバイスの製造方法 - Google Patents

真空装置及び試料の温度調整方法及びデバイスの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】レチクルを物理的に歪ませるレチクルの局所的
な加熱について考慮されていない。 【解決手段】装置内に配置される試料を載せる試料ステ
ージと、試料にエネルギービームを照射するエネルギー
ビーム源と、を有する真空装置において、前記試料に局
所的に放射による熱を供給する複数の熱源を有すること
を特徴とする真空装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は真空環境下に配置さ
れる試料の温度調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電子線
やイオンビーム等の荷電粒子線を用いた荷電粒子線露光
装置では、投影光学系により、荷電粒子線によって照明
されたレチクルのパターンをレジストが形成されたウエ
ハに転写する。レチクルやウエハは一般的にはステージ
上に配置されている。荷電粒子線は比較的高いエネルギ
ーを持ち、入射した荷電粒子線の一部がレチクルで吸収
されるため、レチクルの温度が上昇する。温度によって
生じるレチクルの歪みはパターン歪みやパターン位置ず
れを生じさせる可能性が有る。
【０００３】例えば、近年精力的に開発されている分割
転写型の電子線露光装置を考えると、１００ｋＶ、１０
０μＡの電子線をレチクルに照射すると、レチクルのス
トライプ部である２μｍ厚のメンブレンはおよそ２００
ｍＷの電子線を吸収する。シリコンの熱膨張係数は2.6p
pm/Kであり、１３２ｍｍ長のストライプの温度が1°K上
昇するとおよそ３４３ｎｍメンブレンが広がる。このよ
うな広がりはパターン転写誤差を生じさせ、収量を減少
させる。このような誤差やパターンの歪を避けるため
に、レチクルの温度制御を精密に行うことが望まれる。
【０００４】しかしながら、レチクルは真空中に配置さ
れるので、シリコンメンブレンからなるレチクルの温度
を制御することは非常に困難である。特に、真空中では
対流によって熱を伝達させることは無理である。従っ
て、対流以外の手段である、熱伝導及び／又は放射によ
ってシリコンから熱を取り除かねばならない。
【０００５】更に、真空中で熱伝導によってレチクルか
ら熱を除去することも非常に困難である。何故ならば、
空気中では、例えば、接触している２つの金属板間にお
ける熱伝導の大半は実際には対流によるものだからであ
る。これは、接触しているとされる金属の間には実際に
は微小な間隙があり、この間隙に存在する空気が流体と
して働き、つまり、対流となって熱の伝達が行われるの
である。この微小な間隙は金属の表面粗さに起因するも
のである。この微小な間隙は相対的にとても小さく、熱
伝導率は高いので、総合的な熱伝導率は一般には金属板
の物質特性によって決めることができる。
【０００６】真空中では、熱伝導による熱伝達を用いる
場合、２つの表面での熱的な接触が高い事が必要とされ
る。良い熱接触を得るためには、２つの表面を接触させ
る力を強くするために２つの金属を挟み込む（押しつけ
る）力を強くしなければならない。他の方法としては、
２つの表面の間にガスケットを用いる方法がある。この
熱接触抵抗の問題を解決するための第三の手段として
は、冷媒を直接レチクルに接触させる方法がある。
【０００７】上述した試みは、リソグラフィー装置（露
光装置）で用いるという観点から見るとあまり現実的で
はない。例えば、レチクルはレチクルステージ上にロー
ド（搬入）されたり搬出（アンロード）されたりする
が、この作業をできるだけ早く行う必要があり、また、
この作業は何度も繰り返される。大きな力でレチクルを
挟み込むためにはより多くの時間が必要となり、困難で
もあり、また、再現性をよくする事も困難である。更
に、大きな力で挟むことによって、レチクルが歪んでし
まうという問題も生じる。ガスケットを用いる場合、適
当な再現性を得ることは難しく、また、ガスケットは磨
耗してゴミを発生する可能性もある。また、冷媒源を着
脱させることも困難であり、時間もかかる。
【０００８】上述した理由により、真空下における荷電
粒子線リソグラフィー装置のレチクル冷却方法として、
放射による方法が注目をあびている。例えば、米国特許
4,916,322ではマスク及びマスクステージ近傍に配置さ
れた複数の冷却チューブを開示している。冷却チューブ
は、マスクと光源の間或いはマスクの後方に、マスクの
視野内におけるビームの光路を囲うように配置されてい
る。ビームからのエネルギーはマスクに吸収されるの
で、冷却チューブはマスクから冷却チューブへの熱放射
によって熱エネルギーの伝達を補正している。このよう
な冷却チューブによる熱エネルギーの補正は露光の間マ
スクの温度をチャンバーの温度とほぼ同一にする事がで
きるといえる。冷却チューブはマスクよりも直径が大き
い金属製の冷却チューブで構成することができ、冷却チ
ューブは光源から放射されるビームの光路を遮らない。
【０００９】しかしながら、荷電粒子線はレチクルのあ
る局所的な領域や線に照射され、レチクル全体の温度が
一様にはならないにも拘わらず、この冷却チューブはレ
チクル全体の中心に対して配置されている。つまり、こ
の方法は冷却によってレチクル全体の温度を制御しよう
とする試みである事は明らかである。そして、米国特許
4,916,322ではレチクル歪を生じさせるような局所的な
温度変化を補正することについては記載していない。従
って、不要な温度勾配はこの方法では補正することがで
きない。
【００１０】米国特許5,390,228では、温度的に安定な
状態におけるマスクの温度分布を求め、温度が安定した
状態の温度分布と同一となるような放射エネルギーを照
射することによりマスクの温度分布を制御する方法を開
示している。マスクはホルダーに保持され、このホルダ
ーは冷却可能であり、また、マスク表面を暖めるために
マスク表面に面した抵抗線を有する加熱手段を有する。
このようなホルダーと加熱手段によって温度分布は制御
される。
【００１１】この方法による温度制御はマスク全体に対
するものである。何故ならばこの特許は反射マスクを用
いており、レチクルを物理的に歪ませるレチクルの局所
的な加熱については考慮されていないからである。従っ
て、この特許による方法も明らかに冷却や過熱によって
レチクル全体の温度制御を行うものである。
【００１２】本発明は非常に精度良く、また、再現性よ
くレチクルの温度を制御することが可能な方法を提供す
ることを目的とする。また、レチクルの表面全体にわた
って温度の一様性を向上させる事を目的とする。また、
時間がかからず、簡単に実施ができ再現性の良い方法を
提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第1の手段は、装置内に配置される試料を載せる試料
ステージと、試料にエネルギービームを照射するエネル
ギービーム源と、を有する真空装置において、前記試料
に局所的に放射による熱を供給する複数の熱源を有する
ことを特徴とする真空装置である。
【００１４】放射による熱を試料の複数領域に局所的に
供給することによって試料の温度一様性を向上させる事
ができる。後述するようにこのような手段によって試料
に供給される熱量は比較的小さいもので十分であるため
簡単に実施することが可能である。尚、ここでいう試料
とは、例えば、露光装置の場合レチクルであり、電子顕
微鏡の場合は観察すべき試料のことを指す。また、露光
装置の場合、試料ステージが移動するため、この移動中
に熱を供給させる場合、レチクルへの熱の供給位置を追
従させる必要がある。このような追従は光ファイバーを
ステージに追従するように取りつけ、ファイバーを通し
て熱を供給させたり、ミラーでビームを走査することに
よって追従させたりすることによって実施可能である。
【００１５】第２の手段は、前記熱源の射出する熱量及
び試料に照射する熱の照射時間を制御するためのコント
ローラーを有することを特徴とする真空装置である。コ
ントローラーによって熱源を制御することができるため
一つの熱源を、例えば初期加熱、露光期間における加
熱、ウエハ交換時の加熱といった色々な加熱に対応させ
ることができ、また、熱源のキャリブレーションも楽に
なる。
【００１６】第３の手段は、前記真空装置は試料を配置
させる試料チャンバーと、前記試料が待機する待機チャ
ンバーとを有し、前記複数の熱源は前記待機チャンバー
に設けられることを特徴とする真空装置である。
【００１７】通常、真空装置では試料が配置される真空
チャンバーの手前にロードロック室等の待機チャンバー
が配置される。本手段のように別のチャンバー内で熱を
供給すると、試料が配置されるチャンバーに加熱による
影響を与えないですむ。特に、後述する初期加熱では比
較的大きな熱量を供給する場合があるので、本手段はよ
り有効に働く。
【００１８】第４の手段は、前記真空装置は露光装置で
あり、前記試料はレチクルであり、前期エネルギービー
ムは露光ビームであることを特徴とする真空装置であ
る。露光装置に本発明を適用すると、パターン歪みやパ
ターン位置ずれの少ない装置を提供することが可能とな
り、回路チップ等のデバイスの収量を安定的に向上させ
ることができる。
【００１９】第５の手段は、前記露光ビームは電子線で
あることを特徴とする真空装置。電子線露光装置の場
合、視野を大きくすることは困難であり、露光ビームに
よるレチクルの照射領域は非常に狭いものとなる可能性
が高い。従って、電子線によるレチクルの温度勾配はレ
チクル内で大きなものとなりやすい。従って、本発明を
適用することによってレチクルの温度分布はより一様に
なりパターン位置ずれ及びパターン歪みを少なくするこ
とができる。
【００２０】第６の手段は、真空環境下に試料を配置
し、試料にエネルギービームを照射する真空装置におけ
る試料の温度調整方法であって、前記試料にエネルギー
ビームを照射する前に、試料の周囲に存在する真空環境
温度よりも高い温度に試料の温度が保たれるように、前
記試料の複数の領域に局所的に放射による熱を供給する
ことを特徴とする試料の温度調整方法である。
【００２１】最初に熱を供給することによって、試料が
実際の作業に用いられるときに作業温度に保たれている
ため試料の歪みや位置ずれを低減可能である。放射によ
る熱を試料の複数領域に局所的に供給することによって
試料の温度一様性を向上させる事ができる。後述するよ
うにこのような手段によって試料に供給される熱量は比
較的小さいもので十分であるため簡単に実施することが
可能である。尚、この初期加熱はレチクル等の試料を交
換するときにも行われることが好ましい。
【００２２】第７の手段は、前記真空装置は試料を配置
させる試料チャンバーと、前記試料が待機する待機チャ
ンバーとを有し、前記放射による熱は前記待機チャンバ
ーで試料に供給されることを特徴とする試料の温度調整
方法。
【００２３】待機チャンバーで熱を供給するため、試料
チャンバー（真空チャンバー）が熱の影響を受けること
を低減させることができる。第８の手段は、前期試料が
試料ステージに固定される前に前記放射による熱が供給
されることを特徴とする試料の温度調整方法。
【００２４】一般に、試料は静電チャックやメカチャッ
クによってステージに固定されるが、試料が固定された
後に熱を加えると、固定部分が存在することによって試
料の伸びが非等方となり歪んだり位置ずれを起こす可能
性がある。従って、特に、最初に試料を試料周囲の温度
（環境温度）から作業温度にするときには、固定前に熱
を加えることが好ましい。
【００２５】第９の手段は、真空環境下に試料を配置
し、試料にエネルギービームを照射する真空装置におけ
る試料の温度調整方法であって、前記エネルギービーム
が照射されている領域以外の前記試料の局所的な領域に
放射による熱を供給することを特徴とする試料の温度調
整法方法。
【００２６】エネルギービームが照射されている領域か
ら離れた領域についてはエネルギービームによる熱が伝
わりにくく試料全体で温度勾配が生じる可能性がある。
本手段によれば、このような試料内の温度不均一性を向
上させる事ができる。
【００２７】第１０の手段は前記試料はレチクルであ
り、前記真空装置は露光装置であり、前記前記エネルギ
ービームは露光ビームであって、前記レチクルはパター
ン領域であるストライプを複数有し、一つのストライプ
に露光ビームが照射されている間に、他のストライプの
少なくとも一つに前記熱が供給されることを特徴とする
試料の温度調整方法である。
【００２８】電子線用レチクルの場合ストライプとスト
ライプの間には比較的厚いストラット等が存在する。従
って、一つのストライプの露光を終了してから次のスト
ライプを行う際に、この間で温度勾配が生じている可能
性がある。この場合は露光されていないストライプに熱
を供給することによってパターン歪みやパターン位置ず
れを低減させることが可能となる。尚、この場合全ての
ストライプに熱を供給することが好ましいが、次に露光
を行うストライプのみに熱を供給したり、露光領域から
ある程度離れたストライプのみに熱を供給するなどして
も良い。
【００２９】第１１の手段は、前記試料は複数のレチク
ルであり、前記真空装置は露光装置であり、前記前記エ
ネルギービームは露光ビームであって、一つのレチクル
に前記露光ビームが照射されている間に、他のレチクル
の少なくとも一つに前記熱が供給されることを特徴とす
る試料の温度調整方法である。
【００３０】複数のレチクルを用いる場合、レチクル同
士の熱伝導はほぼ０と考えられるため、一つのレチクル
を露光している間は他のレチクルは放射等による冷却で
周囲の環境温度に近づいてしまう。従って、複数のレチ
クルを用いる場合は一つのレチクルが露光されている間
に他のレチクルに熱を供給することによって複数のレチ
クルの温度をより一様にすることが可能となる。尚、必
ずしも露光されていない全てのレチクルに熱を供給する
必要は無い。
【００３１】第１２の手段は、真空環境下に試料を配置
し、試料にエネルギービームを照射する真空装置におけ
る試料の温度調整方法であって、前記エネルギービーム
が照射されていない期間に前記試料の局所的な領域に放
射による熱を供給することを特徴とする試料の温度調整
法方法である。
【００３２】例えば、分割転写型の電子線露光装置の場
合、ストライプ内には一つの露光単位であるサブフィー
ルドが数多く配置される。このサブフィールド内に形成
されたパターンが一つづつウエハ上に露光されるが、サ
ブフィールド間は電子線がレチクルを照明しないように
ブランキングされている。また、サブフィールド間のみ
ではなく、例えば１つのストライプから次のストライプ
へ移動する間等、各種の期間でブランキングが行われ
る。このようなブランキング期間においてもレチクルが
冷却されて温度勾配が生じる可能性がある。従って、こ
のような期間に放射による熱を試料に供給することによ
ってレチクルの温度を一定に保つことが可能となる。
【００３３】第１３の手段は、真空環境下に試料を配置
し、試料にエネルギービームを照射する真空装置におけ
る試料の温度調整方法であって、前記試料はレチクルで
あり、前記真空装置は露光装置であり、前記前記エネル
ギービームは露光ビームであって、前記レチクルのパタ
ーンが投影されるウエハの交換時に前記レチクルの複数
領域に局所的に放射による熱が供給されることを特徴と
する試料の温度調整方法。
【００３４】ウエハの交換期間は、一般的には露光ビー
ムがレチクルを照明しないようにブランキング或いは照
射がオフされている。従って、この期間においてもレチ
クルが冷却されることによって温度一様性及び温度安定
性が崩れる可能性がある。従って、この期間に熱を供給
することによってレチクルの温度均一性を向上させる事
ができる。
【００３５】第１４の手段は、前記試料の温度が真空環
境温度に比べて０．５−１０°K高い温度に保たれてい
ることを特徴とする試料の温度調整方法である。第１５
の手段は、第４，５の手段の真空装置を用いてデバイス
を製造する方法である。
【００３６】本手段によればチップデバイスの収量を向
上させる事ができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】図１はリソグラフィ装置（露光装
置）１０の側面図であり、放射による熱によってレチク
ル温度を制御する本発明による装置及び方法を適用可能
な装置である。尚、本実施の形態では分割転写型の電子
線露光装置を例にとり説明を行う。リソグラフィ装置１
０は照明装置である電子ビームやイオンビーム、EUV
光、X線等を射出する放射源１２、レチクル３０を真空
環境下で支持するレチクルステージ１４、投影光学系１
６及びフォトレジストを塗布されたウエハ２０の位置決
め及び支持を行うウエハステージ１８を有する。レチク
ル３０、投影光学系１６及びウエハ３０は全て放射源１
２の光路中に配置され、レチクル３０上に形成されたパ
ターン（半導体デバイスの為の回路パターン等）は投影
光学系１６によってウエハ２０上に投影される。リソグ
ラフィー装置１０は更にフレーム２２を有し、フレーム
２２は放射源１２、レチクルステージ１４、投影光学系
１６及びウエハステージ１８を支える。尚、図１の装置
は単なる概略図であり、その他の装置を用いたり各種の
変更を行ったとしても。レチクル温度を制御するための
本発明による装置及び方法を適用することができる。
【００３８】図２は実施例によるレチクル３０の概略を
示し、図３は図2のレチクル３０を３−３面で切った場
合の断面図を示す。図2に破線で示してあり、また、図
３に示すように、レチクル３０の周囲にはレチクルサポ
ートリング３２が設けられている。レチクル３０は４つ
の薄いメンブレンからなるストライプ３４ａ、３４ｂ、
３４ｃ、３４ｄを有し、各ストライプには不図示の回路
パターンが形成されている。３つのストラット３６ａ、
３６ｂ、３６ｃが４つのメンブレン34a,34b,34c,34dの
間に配置されている。更に、非パターン領域であり、相
対的に厚さが厚いシリコンからなる支持部３８が４つの
メンブレンと３つのストラットを囲むように配置されて
いる。
【００３９】放射源１２からのビームが４つのメンブレ
ンのうちの一つに入射するとき、メンブレンの温度はビ
ームの高エネルギーによって上昇する。局所的な温度上
昇を一様にするために、レチクル全体若しくは少なくと
もメンブレンに近いレチクル部分に体して一様な温度が
保持されるように、レチクル３０の所定領域に選択的に
放射による熱が加えられる。レチクルの温度一様性を保
つことは欠陥の無いチップを製造するために重要であ
る。
【００４０】本発明による放射による加熱方法はレチク
ル３０の所定領域に選択的に放射による熱を供給する手
段を有し、これにより温度一様性を達成している。一つ
の例として、あるレチクルでは、本発明による方法は、
レチクルが最初に搬入される時に初期加熱を行い、他の
レチクルが露光されている露光期間に熱を供給し、新し
いウエハと露光済みのウエハを交換するウエハ交換期間
に熱を供給する。これらの熱の供給は放射による熱源に
よって行われる。従って、レチクルと物理的に接触させ
たり、ワイアをレチクルに取りつけたりして熱を逃がす
必要が無い。
【００４１】初期加熱はサポートリング３２の上に位置
するレチクル３０の周囲の領域に対して行われる。この
初期加熱はレチクル３０が最初に露光装置の真空チャン
バー内に入れられた時に一度だけ行われる。レチクル３
０の初期加熱は鏡筒内ではなく、その前段に位置するロ
ードロックチャンバー内で行われる事が好ましい。例え
ば、初期加熱はレチクル３０の周囲に沿った領域に対し
て14個の熱源からの放射による熱を用いることが可能で
ある。勿論、熱源の数はこれに限定されない。
【００４２】初期加熱は露光期間やウエハ交換期間に行
われる選択的な熱供給よりも高い出力が要求される。何
故ならば、レチクルとサポートリングの温度を作業温度
まであげなければいけないからである。作業温度は周囲
の環境温度よりもおよそ0.5-10°K高く、より好ましく
は２−１０°K高い。例えば、環境温度は25℃(298°K)
であり、作業温度は27℃（300°K）である。高出力を実
現するためには石英ハロゲンランプを初期加熱に用いる
と好ましい。
【００４３】露光期間では、他のレチクルが露光されて
いる時に露光されていないレチクルへ熱が加えられる。
これは複数のレチクルを用いてウエハへパターンを転写
するような装置に有効である。例えば、一つの回路パタ
ーンを形成するために４つのレチクルを用いることが可
能であり、この場合１つのレチクルを露光している間他
のレチクルには露光による熱が供給されない。つまり、
露光されていないレチクルはいくらかの冷却が行われて
いるということになる。
【００４４】電子やイオンビーム等によってレチクルに
露光ビームが照射されていないとき、レチクルは作業温
度に保たれている事がこのましいが、露光ビームによっ
てレチクルが露光される前に必要な熱はそれほど大きく
はない。好ましくは、他のレチクルが露光されている期
間に、２つの光源によって外側のストラット36a,36cに
放射による熱を供給する。放射状に熱が広がり、周囲の
部分はより早く冷却されるので、レチクル３０の中央部
分の温度は周囲に比べてより温度変動が少ない。従っ
て、外側の２つのストラット36a,36cに放射による熱を
加えるだけで十分である。しかしながら、レチクルの形
状や要求される温度安定性等の種々の要求や仕様に応じ
て光源の数や放射による熱を加える位置を変えても構わ
ないし、同じ温度安定性を実現するために別の光源配置
にすることも可能である。
【００４５】露光期間が終了（つまり、一枚のウエハの
露光が終了）した後、次の露光を行うために新しいウエ
ハがセットされる。このウエハ交換時に熱がレチクルに
供給され、レチクルの温度が作業温度に保たれる。放射
による熱の供給は好ましくは４つの熱源により４つのス
トライプ34a-dに対して行われる。このウエハ交換期間
の熱供給によって、露光ビームがレチクルに供給されな
い間に周囲の温度に対してレチクルの温度を高く保つこ
とが可能となる。
【００４６】真空中における物体の加熱は赤外線によっ
て一般に行われる。本発明では相対的に低い熱供給を行
うので、石英ハロゲンランプと同様にLED、レーザーダ
イオード半導体レーザ等を用いることが可能である。狭
いバンドの放射は光ファイバーや真空窓を介して供給す
ることが可能である。光ファイバーや真空窓を使うと温
度的な安定が求められる鏡筒等の部材から放射源を離し
て配置することが可能となる。
【００４７】以下ではモデルの解析とシミュレーション
を用いて本発明の作用効果を説明する。図４に破線で示
す様に、レチクル３０を5行11列からなる55個の要素に
分割したモデルとする。このモデルでは28個の要素を10
mm×10mm角のサポートリング32上に形成し、幅25.7mm長
さ132.3mmの要素をストライプ34a-dとし、５ｍｍ幅の要
素を４つのストライプに挟まれたストラットとし、残り
の20個の要素をストライプとストラットの周囲に位置す
る非パターン領域であるシリコンからなる支持部とし
た。
【００４８】ストライプであるメンブレンの厚さは２μ
ｍと予測される。しかしながら、ストライプ34a-dはメ
ンブレン領域に含まれるグリレージがメンブレンよりも
厚いのでこのグリレージが含まれる割合を考慮してこの
要素の厚さは0.2mm厚のシリコンとした。グリレージと
はストライプ内に配置される複数のサブフィールドの間
に形成される領域のことである。尚、ここではメンブレ
ンの厚さを２μｍとしたが、他の厚さでも構わない。メ
ンブレン厚は実質的には0.5μm程度あれば十分な散乱を
得ることができ、また、強度的にも適当な強度を有す
る。従って、例えば１ｍｍ角のメンブレンで厚さが0.5
μｍのものを用いても良い。熱の消失はメンブレンの厚
さに応じて線形に変化するため、必要とされる熱の消失
に応じて変化させることができる。例えば、要求される
消失量が半分になった場合にはメンブレンの厚さを２μ
ｍから１μｍにする。
【００４９】本モデルでは線形な熱モデルを用いてい
る。温度変化が小さい場合熱の流れは線形なモデルで考
えることができる。放射による熱消失についても温度変
化ΔT（ΔT=T2−T1,Ｔ1は周囲の温度、Ｔ2はレチクルの
局所的な温度）が１−２％（３−５°K）よりも小さい
のであれば十分に線形なモデルで考えることができる。
また、材料特性も定数と考えることができる。
【００５０】放射による熱伝達ｑは、熱放射率が各々ε
1、ε2である２つの物体間で線形な放射による熱伝達と
考えることができ、単純化の為に ε1＝ε2＝０．７ とおくと、 ｑ＝３．２９Ｗ／（ｍ2°Ｋ） 但し、Ｔ1＝３００°Ｋ となる。よく知られているように、放射による熱伝達
（ｑ）を線形とすることにより、回路解析ツールをレチ
クルの熱のふるまいをモデル化するために用いることが
可能となる。
【００５１】回路モデルでは材料の熱伝導率は抵抗、熱
の流れは電流、温度は電圧とモデル化することができ
る。非安定状態では、材料の熱容量は接地されたコンデ
ンサと考えられ、放射による材料の熱消失は抵抗と考え
られる。矩形の材料要素は一つのコンデンサと４つの抵
抗で考えることができ、コンデンサは接地され（熱容
量）、一つの抵抗は接地され（放射による熱消失）、４
つの抵抗は中心点から各々の短部へ接続される（熱伝導
率）。図５はこのような要素の回路モデルを示す。従っ
て、レチクルはこのような要素の集合体としてモデル化
できる。
【００５２】各々の要素における、抵抗とコンデンサの
値はその形状と材料で決めることができ、以下のように
なる。 RCE＝6.41×10-3×幅／（2×長さ×厚さ） RCTB＝6.41×10-3×長さ／（2×幅×厚さ） RR＝1／（2×幅×長さ×0.329） C＝幅×長さ×厚さ×1.65×106 尚、RCEは中心から左右の端部に接続された抵抗、RCTB
は中心から上下の端部に接続された抵抗、RRは接地され
た抵抗、Cはコンデンサの容量をそれぞれ示す。
【００５３】更に、サポートリング３２の内部及び外部
からの放射による熱消失は適当な値の抵抗をサポートリ
ングをモデル化した要素に付加すれば良い。また、時間
変化によって電流値を変化させる電流源を設ければ、入
射ビームによる熱やレチクルの温度制御を行うための放
射による熱源をモデル化することができる。
【００５４】表１は本実施例で用いた線形モデルのパラ
メータとその値を示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】表２は本実施例のモデルで用いたレチクル
に供給される熱量、照射時間、熱源の数、照射位置を示
す。表２の値は熱伝導による冷却と放射による熱制御の
両者に用いられる。熱伝導による冷却では、露光ビーム
による熱のみをモデル化した。
【００５７】放射による熱制御では、露光ビームによる
熱伝導のモデル化に加えて、レチクルの温度均一性を保
つ温度制御の為の各期間における加熱をモデル化する。
上述したように、本発明の熱放射の方法は選択的にレチ
クルの所定領域に放射による熱を供給することによりレ
チクルの温度を均一にする。本方法ではレチクルが始め
に搬入されるときに初期加熱をレチクルに与える。ま
た、露光期間が開始され、他のレチクルが露光されてい
る間に熱をレチクルに与える。また、露光期間が終了し
てウエハを交換する期間にも熱が供給される。
【００５８】表２には、放射による熱の制御によるレチ
クル搬入時の過熱（初期加熱）、露光期間の加熱、ウエ
ハ交換期間の加熱に関する本発明の実施例による値を示
す。
【００５９】
【表２】
【００６０】レチクル搬入時の加熱が第1番目のステッ
プとなる。レチクルが大気環境から真空環境に搬入され
る時に初期加熱が行われる。レチクルの初期加熱はレチ
クルの温度を作業温度まで上昇させる。そして、この初
期加熱は最初に真空中にレチクルが搬入された時のみに
行う。作業温度は周囲の環境温度よりもおよそ0.5-10°
K高く、より好ましくは２−１０°K高い。例えば、環境
温度は25℃(298°K)であり、作業温度は27℃（300°K）
である。
【００６１】この作業温度は装置、周囲の環境温度、露
光ビームの強度等に応じて選択される。この作業温度は
十分に高い事が好ましく、露光ビームの入射エネルギー
によるレチクルへの入力よりも高いレチクルの最大放射
による熱の出力よりも高くすることが好ましい。レチク
ルに吸収される露光ビーム量は電子線やイオンビームの
場合ビーム電流、加速電圧、ビーム周期、レチクル面
積、メンブレン面積、メンブレン厚、レチクル放射率熱
の流れ等によってきまる。
【００６２】初期加熱では14個の熱源が用いられる。こ
れらの熱源は後述する他の熱源に比べて高出力のものが
用いられる。本例ではトータルで４０．６Ｗの熱量を
３．２５秒入力した。実際の露光装置では３．２５秒よ
りも長い時間にすることが可能であるため、より低い出
力で長い時間にすることが可能である。
【００６３】露光期間の間、熱伝導による冷却と放射に
よる冷却と放射による温度調整が行われるが、露光ビー
ムによる熱を４つのストライプに接続された４つの電流
源としてモデル化した。ストライプに供給される熱は実
際の露光装置の動作と同様にオンオフが行われる。従っ
て、４つのストライプの温度はわずかに異なり、他のス
トライプが露光されているときは露光されていないスト
ライプの温度は下がる。本例ではストライプの微小な温
度低下については簡単のためモデルに含めていないが、
より正確にはこれを含めることもできる。
【００６４】熱源は露光期間に他のレチクルが露光され
ている時、露光されていないレチクルに熱を供給する。
とても小さいスポットを形成する熱源が外側の２つのス
トラットに形成され、各々に1.73ｍWの熱量を供給す
る。入力された熱はレチクルの全面の温度を作業温度で
ほぼ一定にする。露光前に必要とされるこの熱はそれほ
ど大きなものではなくてよい。
【００６５】露光期間終了後、ウエハを交換する期間に
熱が供給される。ウエハ交換時の熱供給は４つの小さな
ポイントビームを形成する熱源によって行われ、各々の
熱量は5.15ｍWである。ウエハ交換期間の熱供給はウエ
ハ交換時のレチクルの熱変動を抑制することができる。
これらの小さな熱源は４つの全てのストライプ34a-dに
ビームを照射し、ウエハ交換期間にブランキングされる
ビームの平均効果をもたらす。これらの熱源はウエハ交
換期間の間連続的に熱を供給する。
【００６６】図６、７は上述した線形モデルを用いたシ
ミュレーション結果である。図６，７共にＸ軸は時間
（秒）を表し、Ｙ軸はΔＴ（ｍ°Ｋ）を表す。この時の
環境温度は２７℃（３００°Ｋ）である。図６のグラフ
はレチクルが入射露光ビームによる加熱と熱伝導による
冷却が行われた時のレチクルの時間に対する温度変化を
表した図である（比較例）。ここではサポートリングが
温度的に接地されている（環境温度に接続されている）
ようにモデル化した。図７のグラフは図6に比べて温度
制御のための局部的な放射による熱を加えたときのレチ
クルの時間に対する温度変化を表した図である（本発明
による実施例）。
【００６７】図6，７の両方のシミュレーション共に次
の手順を順に行った。 １）大気から真空チャンバーへレチクル搬入後、０から
20秒の間に初期加熱を行う。 ２）第1のウエハに対して40回の露光が行われる（露光
期間が40回となる）間の加熱 ３）第1のウエハが搬出され、第２のウエハが搬入され
るウエハ交換期間の加熱 40回の露光が図６，７共に行われている。レチクルは4
枚のレチクルのうち一つのレチクルのパターンがウエハ
上に露光され、その間は他の３つのレチクルは露光が行
われないと仮定したため、露光ビームによる露光モデル
は各々の期間のうち1/4の間1枚のレチクルが露光される
ものとした。従って、1枚のレチクルが露光されている
期間は、他の3枚のレチクルは露光されないため、これ
らのレチクルについてはこの期間は冷却期間となる。
尚、実際の露光ではレチクルの枚数も色々な数が取り得
るし、一枚のレチクルに形成された全てのパターンが投
影された後に次のレチクルが露光されるというシーケン
スも考えられ、モデルは条件に併せて変更すべきであ
る。また、図６，７で0秒及び２００秒から始まる20秒
間はウエハ交換期間であり、露光ビームはウエハ面に照
射されないようにされている（電子ビームの場合ブラン
キング期間となる）。
【００６８】図６，７では、一番上に示す曲線が４つの
ストライプの温度であり、一番下の曲線が非パターン領
域のシリコン支持部３８であり、下から２番目の曲線は
ストラットの温度である。図７では、下から３番目の曲
線はサポートリングの温度である。
【００６９】比較例（図６）と実施例（図７）を比較す
ることによって以下のことがわかる。第１に、レチクル
の初期加熱は真空チャンバーにレチクルが搬入されて露
光が開始されるまでの０秒から２０秒の間に行われる。
一般的に、ここには２つの異なる時定数が用いられる。
第１の時定数はレチクルと環境温度との間の温度が同一
となる時定数であり、このオーダーは数時間となる。第
２の時定数はレチクルの中心とレチクルの端部（ここで
はサポートリング）との間の温度が同一となる時定数で
ある。第２の時定数はレチクルのある領域に部分的に熱
が加えられた時にレチクルの温度が均一となるのに必要
な時間を決める。
【００７０】熱伝導のみによる冷却の場合、初期過渡特
性をみるとレチクルが搬入されてからおよそ６０秒が経
過するまで過渡特性はなくならない。それに対して、本
発明による部分的な放射による加熱制御を実施すると、
２０秒後には過渡特性が消えている。次に、上述の第２
の時定数に着目すると、図６では約２０秒程で温度がほ
ぼ均一になってくるが、図７ではおよそ８秒でレチクル
の温度がほぼ均一となる。
【００７１】第２の時定数が８秒であるということは、
２０秒に比べてより好ましく、効果がある。８秒と言う
短い時間が示すことは、熱源の位置と各熱源の熱のばら
つきがさほど重要ではないということである。何故なら
ば、レチクルの温度は早く均一になるからである。図７
の場合、初期加熱が終了した後ではレチクル全体の温度
は環境温度よりもわずかに高い作業温度に維持されてい
る。
【００７２】次に、４０回の露光期間が１８秒から２０
０秒の間行われる。図６の場合、露光期間におけるスト
ライプの温度変化の最大は８０ｍ°Kである。これに対
して、図７の場合ストライプの温度変化は２５ｍ°Kで
あり、図６の場合に比べて１／３以下となっている。更
に、ストラットとストライプとの間の温度差は図７の場
合は３０ｍ°Kであり、図６の場合は６０ｍ°Kである。
同様に、サポートリングとストライプの温度差は図７の
場合は３０ｍ°Kであり、図６の場合は６０ｍ°Kであ
る。尚、図６にはサポートリングの温度については示し
ていないがシリコン支持部の温度と比較して大きくは差
がない。
【００７３】最後に、第１のウエハの露光が全て完了し
たとき、次のウエハが搬入される。このウエハ交換期間
は２００秒から２２０秒の間である。ウエハ交換期間で
は、図６の場合、熱伝導により４０ｍ°K程温度がさが
るが、図７の場合はほぼ温度は一定である。上述したよ
うに、図７の場合は露光ビームがレチクルに照射されな
い期間であるウエハ交換期間において放射による熱が供
給されているため、レチクルの温度はほぼ一定となる。
従って、放射による熱によってレチクルの温度を一定に
することにより、図６で生じているウエハ交換期間後の
過渡特性が図７では殆どない。
【００７４】上述したシミュレーションによる観察を表
３にまとめる。
【００７５】
【表３】
【００７６】このようにして、レチクルに部分的に放射
による熱を供給することによってレチクルの温度がより
均一になることが分かった。表３に示した温度差や時定
数に差ができる要因の一つは比較例（図６）の場合と実
施例（図７）の場合で熱の流れに差が生じるからであ
る。特に、比較例の場合、熱の流れの多くはサポートリ
ングに向かう放射状となり、この熱の流れは放射状にレ
チクルの温度勾配を形成する。これに対して、本実施例
の場合は熱の流れの多くはレチクル平面に垂直な方向と
なる。従って、小さな熱源でレチクルの温度均一化を達
成することが容易となる。
【００７７】上述したモデル化の手法は、放射による熱
を供給する位置、熱量、照射時間、熱源の数等を決めた
り最適化するために用いることが可能である。代わり
に、データを得るために実験を行ってもよい。例えば、
赤外線装置を用いて局所的に供給する熱の位置や領域を
決めることができる。温度抵抗検出器（RTDｓ）、サー
ミスタ及びダイオード等をテストレチクルに形成してお
き、これらの出力値をもとにして熱源のキャリブレーシ
ョンを行うこともできる。
【００７８】より高い作業温度は簡単に補正することが
でき、精度や高い収量を得ることができる。例えば、よ
り高い作業温度は環境温度をわずかに低くすること、レ
チクル設計の調整、露光装置に用いられる露光ビームの
調整等によって補正することができる。
【００７９】尚、本実施の形態では示さなかったが、放
射による熱源を制御するためのコントローラーが別途設
けられている。このコントローラーは熱源のオンオフ、
照射時間、オンオフのタイミング、熱の大きさ等を制御
可能である。
【００８０】本実施の形態では主に電子線を用いた場合
のリソグラフィ装置（電子線露光装置）を例にあげて説
明したが、真空環境下で用いられるイオン露光装置、Ｅ
ＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置等各種の露光装置にも適用
可能である。また、露光装置以外でも目的とする試料の
温度の均一性を要求するような真空環境下で用いられる
ような装置（例えば電子顕微鏡等）であれば本発明を適
用可能である。
【００８１】次に本発明の露光装置の使用形態を説明す
る。 図８は本発明を適用する半導体デバイス製造方法
を示すフローチャートである。製造工程は、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、
メモリーや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。図９はこ
のウェハプロセッシング工程の中核をなすリソグラフィ
工程を示すフローチャートである。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）に本発明のリニアモータを備えた露光装置を用い
るとリソグラフィ工程のスループット、コスト、精度が
大幅に改善される。特に、必要な最小線幅、及びそれに
見合った重ね合わせ精度を実現することに係わる工程は
リソグラフィ工程、その中でも位置合わせ制御を含めた
露光工程であり、本発明の適用により、今まで不可能で
あった半導体デバイスの製造が可能になる。
【００８２】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば試料の
温度均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用可能な露光装置を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に用いたレチクルを示す上面
図である。
【図３】図２に示したレチクルの３−３断面図である。
【図４】本発明の実施形態で用いたレチクルをモデル化
するために分割化した図である。
【図５】本発明の実施形態で用いたレチクルの構成要素
モデルである。
【図６】比較例による時間に対するレチクルの温度変化
を示す図である。
【図７】本発明の実施例による時間に対するレチクルの
温度変化を示す図である。
【図8】本発明の実施の形態による半導体デバイスの製
造方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態によるリソグラフィー工程
を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０・・・リソグラフィ装置（露光装置） １２・・・放射源 １４・・・レチクルステージ １６・・・投影光学系 １８・・・ウエハステージ ２２・・・フレーム
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 ５１５Ｆ ５５１

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】装置内に配置される試料を載せる試料ステ
    ージと、試料にエネルギービームを照射するエネルギー
    ビーム源と、を有する真空装置において、 前記試料に局所的に放射による熱を供給する複数の熱源
    を有することを特徴とする真空装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の真空装置であって、前記
    熱源の射出する熱量及び試料に照射する熱の照射時間を
    制御するためのコントローラーを有することを特徴とす
    る真空装置。
  3. 【請求項３】請求項１または２に記載の真空装置であっ
    て、前記真空装置は試料を配置させる試料チャンバー
    と、前記試料が待機する待機チャンバーとを有し、前記
    複数の熱源は前記待機チャンバーに設けられることを特
    徴とする真空装置。
  4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空
    装置であって、前記真空装置は露光装置であり、前記試
    料はレチクルであり、前期エネルギービームは露光ビー
    ムであることを特徴とする真空装置。
  5. 【請求項５】請求項４に記載の真空装置であって、前記
    露光ビームは電子線であることを特徴とする真空装置。
  6. 【請求項６】真空環境下に試料を配置し、試料にエネル
    ギービームを照射する真空装置における試料の温度調整
    方法であって、 前記試料にエネルギービームを照射する前に、試料の周
    囲に存在する真空環境温度よりも高い温度に試料の温度
    が保たれるように、前記試料の複数の領域に局所的に放
    射による熱を供給することを特徴とする試料の温度調整
    方法。
  7. 【請求項７】請求項６に記載の方法であって、 前記真空装置は試料を配置させる試料チャンバーと、前
    記試料が待機する待機チャンバーとを有し、前記放射に
    よる熱は前記待機チャンバーで試料に供給されることを
    特徴とする試料の温度調整方法。
  8. 【請求項８】請求項６または７に記載の方法であって、
    前期試料が試料ステージに固定される前に前記放射によ
    る熱が供給されることを特徴とする試料の温度調整方
    法。
  9. 【請求項９】真空環境下に試料を配置し、試料にエネル
    ギービームを照射する真空装置における試料の温度調整
    方法であって、 前記エネルギービームが照射されている領域以外の前記
    試料の局所的な領域に放射による熱を供給することを特
    徴とする試料の温度調整法方法。
  10. 【請求項１０】請求項９に記載の試料の温度調整方法で
    あって、 前記試料はレチクルであり、前記真空装置は露光装置で
    あり、前記前記エネルギービームは露光ビームであっ
    て、 前記レチクルはパターン領域であるストライプを複数有
    し、 一つのストライプに露光ビームが照射されている間に、
    他のストライプの少なくとも一つに前記熱が供給される
    ことを特徴とする試料の温度調整方法。
  11. 【請求項１１】請求項９に記載の試料の温度調整方法で
    あって、 前記試料は複数のレチクルであり、前記真空装置は露光
    装置であり、前記前記エネルギービームは露光ビームで
    あって、 一つのレチクルに前記露光ビームが照射されている間
    に、他のレチクルの少なくとも一つに前記熱が供給され
    ることを特徴とする試料の温度調整方法。
  12. 【請求項１２】真空環境下に試料を配置し、試料にエネ
    ルギービームを照射する真空装置における試料の温度調
    整方法であって、 前記エネルギービームが照射されていない期間に前記試
    料の局所的な領域に放射による熱を供給することを特徴
    とする試料の温度調整法方法。
  13. 【請求項１３】真空環境下に試料を配置し、試料にエネ
    ルギービームを照射する真空装置における試料の温度調
    整方法であって、 前記試料はレチクルであり、前記真空装置は露光装置で
    あり、前記前記エネルギービームは露光ビームであっ
    て、 前記レチクルのパターンが投影されるウエハの交換時に
    前記レチクルの複数領域に局所的に放射による熱が供給
    されることを特徴とする試料の温度調整方法。
  14. 【請求項１４】請求項６−１３に記載の方法であって、 前記試料の温度が真空環境温度に比べて０．５−１０°
    K高い温度に保たれていることを特徴とする試料の温度
    調整方法。
  15. 【請求項１５】請求項４または５に記載の真空装置を用
    いてデバイスを製造する方法。
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