JP2004128247A - 露光方法及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハを露光装置に搬送する際の搬送時間を短縮した露光装置及び方法を提供する。
【解決手段】ウェハカセット１０内は複数の区画１１に仕切られており、各区画１１にはウェハ加熱用のランプ１５が備えられている。露光の際は、複数枚のウェハＷをカセット１０に収容してランプ１５で加熱した後、カセット１０をロードロック室２７に搬送して真空排気してから、ウェハＷをカセット１０に収容したままでウェハ真空ロードチャンバ３３へ搬送する。そして、カセットＷからウェハＷを取り出してウェハステージ１３１上へ搬送する。複数枚のウェハをカセット１０に入れたまま同時に加熱し、真空排気した後、搬送することにより、搬送時間の無駄がなく、スループットが向上する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等のリソグラフィに用いられる露光装置に関する。特には、真空下で露光を行う、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子線やＸ線を用いた露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム露光装置のように真空雰囲気下で露光を行う装置においては、ウェハ（感応基板）は、カセットから取り出されてプリアライナ装置等でプリアライメントされた後、ロードロック室と呼ばれる室やロードチャンバに搬送される。ロードロック室には真空ポンプが付設されており、室内を真空に引くことができる。ロードロック室では、プリアライナから常圧下でウェハを受け取り、室内を真空に引いた後、これらを露光装置内に移動する。
【０００３】
図３は、カセットから露光装置へのウェハの搬送機構の従来例を模式的に説明する平面図である。図中の矢印はウェハの搬送経路を示す。
複数枚のウェハが収容されるウェハカセット６０、プリアライナ７１、ロボットアーム７３は、大気中に配置されている。ロボットアーム７３の近傍には加熱手段（ランプ）（図示されず）が配置されている。
【０００４】
ロードロック室７７の入口にはゲートバルブ７９が設けられている。また、ロードロック室７７は、ゲートバルブ８１を介してウェハ真空ロードチャンバ８３に接続している。同チャンバ８３内には、真空ロボットアーム８５が配置されている。ウェハ真空ロードチャンバ８３はゲートバルブ８９を介してプリアライナチャンバ９１に接続している。同チャンバ９１内には、プリアライナ９３が備えられている。また、ウェハ真空ロードチャンバ８３は、ゲートバルブ９５を介して露光装置１００のウェハチャンバ１０６に接続している。同チャンバ１０６内には、ウェハステージ１３１が備えられており、同ステージ１３１上にはウェハホルダ１３０が設けられている。
【０００５】
ウェハをカセット６０から露光装置１００内に搬送するには、まず、大気中において、ロボットアーム７３でカセット６０から一枚のウェハを取り出し、プリアライナ７１に搬送する。プリアライメント終了後、ロボットアーム７３でウェハを取り出し、加熱手段の上方に移動させて、ランプを照射してウェハを加熱する。その後、ゲートバルブ７９を開けてウェハをロードロック室７７に搬送し、ゲートバルブ７９を閉めてロードロック室７７を真空に引く。目的の真空度に達すると、真空ロードチャンバ８３側のゲートバルブ８１を開いて、真空ロボットアーム８５でウェハを取り出し、プリアライナ９１に搬送し、より高精度なプリアライメントを行う。アライメント終了後、真空ロボットアーム８５でウェハを取り出し、ゲートバルブ９５を開けてウェハチャンバ１０６内のウェハステージ１３１上のホルダ１３０に載置する。
【０００６】
通常、ロードロック室７７を真空排気する際、気体の断熱膨張により同室内に置かれたウェハの温度が２〜４℃程度低下する。このように温度が低下すると、温度変化によってウェハが歪むことがある。一例では、径が２００ｍｍのＳｉウェハにおいて、１℃の温度変化で約０．５μｍの寸法変化が生じる。このような寸法変化により高精度パターンを得ることができなくなる。したがって、温度が元の温度に上昇するまで数十分間待機したり、露光前にアライメントを何度もやり直す必要がある。
【０００７】
そこで、上述のように、大気中でのプリアライメント終了後に、加熱手段によってウェハを予め加熱している。これにより、ロードロック室で真空排気する際、気体の断熱膨張により室内に置かれたウェハの温度が低下しても、ウェハの温度は元の標準温度程度に戻るため、ウェハの温度変化による寸法変化が起きない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法では、ウェハ１枚につき１回のランプ照射が行われるため、ランプの照射時間が搬送時間に加わって搬送時間が長くなり、スループットを低下させてしまう。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、ウェハを露光装置に搬送する際の搬送時間を短縮した露光装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の露光方法は、　真空下において感応基板上にエネルギ線を選択的に照射してパターンを形成する露光方法であって、　複数枚の前記感応基板を容器に収容し、　該容器内の前記感応基板を加熱した後同容器を真空排気してから、前記感応基板を前記容器に収容したままで真空下に搬送することを特徴とする。
容器内の複数枚の感応基板を加熱した後、容器ごとロードロック室で真空排気する。これにより、真空排気の際の気体の断熱膨張による温度低下が起きても、感応基板の温度は標準温度程度にもどるので、感応基板の温度変化に伴う寸法変化が発生しにくい。さらに、複数枚の感応基板を容器に入れたまま同時に加熱し、真空排気した後、搬送することにより、一枚ずつ加熱、真空排気、及び、搬送する場合と比べて、搬送時間の無駄がなく、スループットが向上する。
なお、上昇させる温度は、予め真空排気の際の気体の断熱膨張による感応基板の温度変化を求めておき、その結果から決定する。そして、容器内でこの温度だけ上昇するように加熱することで、短時間内に感応基板の温度を安定させることができる。
【００１１】
本発明の露光装置は、　真空下において感応基板上にエネルギ線を選択的に照射してパターンを形成する露光装置であって、　複数枚の前記感応基板を収容する容器内に、前記感応基板の加熱手段が付与されていることを特徴とする。
本発明においては、　前記加熱手段は、前記容器内に収容されている感応基板の各々について付与されていることが好ましい。さらに、　前記加熱手段がランプであることが好ましい。
容器内に感応基板の加熱手段を設けることにより、複数枚の感応基板を同時に加熱でき、加熱後の状態のまま搬送して真空排気することができる。また、感応基板の一枚毎に加熱手段を設けることにより、容器内の全ての感応基板を均一に加熱できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の露光装置を模式的に説明する図であり、図１（Ａ）はウェハ搬送機構の平面図であり、図１（Ｂ）はウェハカセットの側面断面図である。
図２は、図１の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。
まず、図２を参照して、露光装置全体の構成を説明する。
電子線露光装置１００の上部には、光学鏡筒１０１が配置されている。光学鏡筒１０１には、真空ポンプ（図示されず）が接続されており、光学鏡筒１０１内を真空排気している。
【００１３】
光学鏡筒（マスクチャンバも含む）１０１の上部には、電子銃１０３が配置されており、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１０３の下方には、順にコンデンサレンズ１０４、電子線偏向器１０５、マスクＭが配置されている。電子銃１０３から放射された電子線は、コンデンサレンズ１０４によって収束され、続いて、偏向器１０５により図の横方向に順次走査され、光学系の視野内にあるマスクＭの各小領域（サブフィールド）の照明が行われる。なお、照明光学系は、ビーム成形開口やブランキング開口等（図示されず）も有している。
【００１４】
マスクＭは、マスクステージ１１１の上部に設けられたチャック１１０に静電吸着等により固定されている。マスクステージ１１１は、マウントボディ１１６に載置されている。
【００１５】
マスクステージ１１１には、図の左方に示す駆動装置１１２が接続されている。駆動装置１１２は、ドライバ１１４を介して、制御装置１１５に接続されている。また、マスクステージ１１１には、図の右方に示すレーザ干渉計１１３が設置されている。レーザ干渉計１１３は、制御装置１１５に接続されている。レーザ干渉計１１３で計測されたマスクステージ１１１の正確な位置情報が制御装置１１５に入力される。それに基づき、制御装置１１５からドライバ１１４に指令が送出され、駆動装置１１２が駆動される。このようにして、マスクステージ１１１の位置をリアルタイムで正確にフィードバック制御することができる。
【００１６】
マウントボディ１１６の下方には、ウェハチャンバ１０６（真空チャンバ）が示されている。ウェハチャンバ１０６には、真空ポンプ（図示されず）が接続されており、チャンバ内を真空排気している。ウェハチャンバ１０６には、真空ロードチャンバやロードロック室等から構成されるウェハ搬送機構が接続している。このウェハ搬送機構については後述する。
ウェハチャンバ１０６内の投影光学系鏡筒（図示されず）には、プロジェクションレンズ１２４、偏向器１２５等が配置されている。さらにその下方のウェハチャンバ１０６の底面上には、ウェハステージ（精密機器）１３１が載置されている。ウェハステージ１３１の上部には、チャック１３０が設けられており、静電吸着等によりウェハＷが固定されている。
【００１７】
マスクＭを通過した電子線は、プロジェクションレンズ１２４により収束される。プロジェクションレンズ１２４を通過した電子線は、偏向器１２５により偏向され、ウェハＷ上の所定の位置にマスクＭの像が結像される。なお、投影光学系は、各種の収差補正レンズやコントラスト開口（図示されず）なども有している。
【００１８】
ウェハステージ１３１には、図の左方に示す駆動装置１３２が接続されている。駆動装置１３２は、ドライバ１３４を介して、制御装置１１５に接続されている。また、ウェハステージ１３１には、図の右方に示すレーザ干渉計１３３が設置されている。レーザ干渉計１３３は、制御装置１１５に接続されている。レーザ干渉計１３３で計測されたウェハステージ１３１の正確な位置情報が制御装置１１５に入力される。それに基づき、制御装置１１５からドライバ１３４に指令が送出され、駆動装置１３２が駆動される。このようにして、ウェハステージ１３１の位置をリアルタイムで正確にフィードバック制御することができる。
【００１９】
次に、この露光装置のウェハ搬送機構を、図１を参照して説明する。
複数枚のウェハが収容されるウェハカセット（容器）１０、プリアライナ２１、カセット搬送用ロボットアーム２３及びウェハ搬送用ロボットアーム２５は、大気中に配置されている。
【００２０】
ウェハカセット１０は、図１（Ｂ）に示すように、複数枚（この例では４枚）のウェハＷを収容できる。同カセット内は、４つの区画１１に仕切られており、各区画１１にウェハＷが載置されるホルダ１３が備えられている。各区画内の、ホルダ１３の上方には、加熱手段としてランプ１５が備えられている。ホルダ１３上にウェハＷが載置されて、ランプ１５が照射されると、ウェハＷの全面が照射されて加熱される。ウェハの加熱手段として、ヒータや温風発生器を用いてもよい。
なお、上昇させる温度は、真空排気の際の気体の断熱膨張によるウェハの温度変化を予め求めておき、その結果から決定する。そして、その温度に基づいて、ランプ１５の照射時間や出力が決定される。
【００２１】
各ロボットアーム２３、２５はロードロック室２７の近傍に配置されている。ロードロック室２７の入口にはゲートバルブ２９が設けられている。また、ロードロック室２７は、ゲートバルブ３１を介してウェハ真空ロードチャンバ３３に接続している。ウェハ真空ロードチャンバ３３内には、カセット搬送用真空ロボットアーム３５とウェハ搬送用真空ロボットアーム３７が配置されている。ウェハ真空ロードチャンバ３３はゲートバルブ３９を介してプリアライナチャンバ４１に接続している。同チャンバ４１内には、プリアライナ４３が備えられている。また、ウェハ真空ロードチャンバ３３は、ゲートバルブ４５を介して露光装置１００のウェハチャンバ１０６に接続している。同チャンバ１０６内には、ウェハステージ１３１が備えられており、ウェハステージ１３１上にはウェハホルダ１３０が設けられている。
【００２２】
次に、ウェハＷの搬送手順について説明する。
まず、ウェハ搬送用ロボットアーム２３でカセット１０の一つの区画１１からウェハＷを取り出し、プリアライナ２１に搬送する。プリアライメント終了後、同ロボットアーム２３でウェハＷを取り出し、カセット１０の元の区画１１に戻す。この作業を、カセット１０に収容されている全てのウェハＷについて繰り返す。カセット１０内の全てのウェハＷのプリアライメントが終了した後、カセット内の各区画のランプ１５を照射し、各ウェハＷを加熱する。ランプ照射時間は、一例で数秒間である。
【００２３】
ランプ照射後、ゲートバルブ２９を開けて、カセット搬送用ロボットアーム２５によってカセット１０をロードロック室２７に搬送し、ゲートバルブ２９を閉めてロードロック室２７を真空に引く。このとき、ウェハＷは気体の断熱膨張により温度が低下するが、その分ウェハの温度を予め上昇させているため、温度が低下しても元の温度程度となる。目的の真空度に達すると、ウェハ真空ロードチャンバ３３側のゲートバルブ３１を開いて、同チャンバ３３内のカセット搬送用真空ロボットアーム３５で、ロードロック室２７からカセット１０を取り出し、真空ロードチャンバ３５内の待機位置に搬送し、ゲートバルブ３１を閉じる。
【００２４】
その後、ウェハ搬送用真空ロボットアーム３７で、カセット１０の一つの区画１１からウェハを取り出し、ゲートバルブ３９を開けて、プリアライナチャンバ４１内のプリアライナ４３に搬送し、より高精度なプリアライメントを行う。アライメント終了後、ウェハ搬送用真空ロボットアーム３７でウェハを取り出し、ゲートバルブ４５を開けてウェハチャンバ１０６内のウェハステージ１３１上のホルダ１３０に載置する。露光動作が終了した後、ウェハ搬送用真空ロボットアーム３７で、ウェハＷをステージ１３１からカセット１０の元の区画に戻す。
この動作を真空ロードチャンバ３３内に搬送されたカセット１０内の全てのウェハＷについて繰り返す。そして、カセット１０内の全てのウェハＷの露光が終了した後、上記の逆の手順で、カセット１０を装置外に搬出する。
【００２５】
このように、カセット内の複数枚のウェハを加熱及び真空排気した後に、真空ロードチャンバ内に搬送して、真空ロードチャンバから露光装置内に搬送する。これにより、一枚ずつ加熱した後、真空ロードチャンバへ搬送する場合と比べて、ウェハの搬送時間が短くなる。
【００２６】
【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、ウェハを予め加熱しておくことによって、真空排気する際の温度低下を防止できるので、ウェハの温度変化による寸法変化が発生しにくい。また、複数枚のウェハを容器に入れたまた同時に加熱し、真空排気することにより、ウェハを一枚ずつ加熱、搬送、及び、真空排気する場合と比べて、搬送時間を短縮でき、スループットが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光装置を模式的に説明する図であり、図１（Ａ）はウェハ搬送機構の平面図であり、図１（Ｂ）はウェハカセットの側面断面図である。
【図２】図１の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３】カセットから露光装置へのウェハの搬送機構の従来例を模式的に説明する平面図である。
【符号の説明】
１０　ウェハカセット（容器）　　　　　　１１　区画
１３　ホルダ　　　　　　　　　　　　　　１５　ランプ
２１　プリアライナ
２３　カセット搬送用ロボットアーム
２５　ウェハ搬送用ロボットアーム
２７ロードロック室　　　　　　　　　　　２９　ゲートバルブ
３３　ウェハ真空ロードチャンバ
３５　カセット搬送用真空ロボットアーム
３７　ウェハ搬送用真空ロボットアーム
３９　ゲートバルブ　　　　　　　　　　　４１　プリアライナチャンバ
４３　プリアライナ　　　　　　　　　　　４５　ゲートバルブ
１００　電子線露光装置　　　　　　　　　　１０１　光学鏡筒
１０３　電子銃　　　　　　　　　　　　　　１０４　コンデンサレンズ
１０５　電子線偏向器　　　　　　　　　　　１０６　ウェハチャンバ
１１０　チャック　　　　　　　　　　　　　１１１　マスクステージ
１１２　駆動装置　　　　　　　　　　　　　１１３　レーザ干渉計
１１４　ドライバ　　　　　　　　　　　　　１１５　制御装置
１１６　マウントボディ　　　　　　　　　　１２４　プロジェクションレンズ
１２５　偏向器　　　　　　　　　　　　　　１３０　チャック
１３１　ウェハステージ　　　　　　　　　　１３２　駆動装置
１３３　レーザ干渉計　　　　　　　　　　　１３４　ドライバ

Claims (4)

1. 真空下において感応基板上にエネルギ線を選択的に照射してパターンを形成する露光方法であって、
   複数枚の前記感応基板を容器に収容し、
   該容器内の前記感応基板を加熱した後同容器を真空排気してから、前記感応基板を前記容器に収容したままで真空下に搬送することを特徴とする露光方法。
2. 真空下において感応基板上にエネルギ線を選択的に照射してパターンを形成する露光装置であって、
   複数枚の前記感応基板を収容する容器内に、前記感応基板の加熱手段が付与されていることを特徴とする露光装置。
3. 前記加熱手段は、前記容器内に収容されている感応基板の各々について付与されていることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
4. 前記加熱手段がランプであることを特徴とする請求項２又は３記載の露光装置。

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