JP2004311780A

JP2004311780A - 露光装置

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Publication number: JP2004311780A
Application number: JP2003104422A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Hara; 真一原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-08
Also published as: US7325404B2; JP4307130B2; US20040200226A1

Abstract

【課題】光学部材を、振動・位置安定性・位置制御の応答性の悪化等を伴わずに効果的に冷却することができ、その結果、高精度に回路パターンを露光転写することができてウエハの不良率を低減し、また高性能のデバイスを作成することができる露光装置を提供すること。
【解決手段】この露光装置１は、ＥＵＶ光源２からのＥＵＶ光２ｅをウエハ１２に導く照明光学系３及び投影光学系６と、ウエハ１２を保持するウエハチャック１４と、ウエハチャック１４の保持面１４ａ側に、その保持面１４ａに対して非接触に配置された第１の冷却手段１１ａと、ウエハチャック１４の裏面１４ｄ側に、その裏面１４ｄに対して非接触に配置された第２の冷却手段１１ｂとを有している。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、その他のマイクロデバイスを製造するための露光装置に係り、より具体的にはＥＵＶ光（極紫外光）等の真空紫外光（Ｘ線）を用いて露光を行う露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造するための焼付け（リソグラフィ）方法として、紫外光を用いた縮小投影露光が行われている。この縮小投影露光においては、転写できる最小寸法は転写に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数に反比例する。このため、より微細な回路パターンを転写するために使用する光の短波長化が進められ、紫外線よりもさらに波長が短い１０ｎｍ〜１５ｎｍ程度の波長の極紫外光（ＥＵＶ光）を用いた縮小投影露光装置が開発されている。
【０００３】
ＥＵＶ光の波長領域においては物質による光の吸収率が増大するので、ＥＵＶ光を光源とする露光装置では、その光学系として一般に反射光学系が用いられる。この場合、回路パターンが形成された露光投影原版としてのレチクル（マスク）においても、透過型レチクルではなく反射型レチクルが一般に用いられる。この反射型レチクルは、反射ミラー上に吸収体によって転写すべきパターンを形成したものである。
【０００４】
ＥＵＶ光を用いた露光装置（ＥＵＶ露光装置）を構成する反射型光学素子としては、多層膜ミラーと斜入射全反射ミラーとが用いられる。これらのミラーは、光の損失が大きいので、その枚数を最小限に抑えることが望ましい。ＥＵＶ露光装置においては、ＥＵＶ光が照射される光学素子が配置された空間に炭化水素等の炭素を含む分子が残留していた場合、光の照射によって光学素子表面に炭素が次第に付着し、この付着した炭素がＥＵＶ光を吸収するために反射率が低下してしまうという問題がある。この炭素付着を防止するためには、ＥＵＶ光が照射される光学素子が配置される空間の気圧は少なくとも１０^−４Ｐａ以下、望ましくは１０^−６Ｐａ以下となっている必要がある。したがって、ＥＵＶ露光装置においては、略真空環境下に反射ミラー等の光学系、レチクル、ウエハ等が配置されている。
【０００５】
この真空環境下において、露光光源光としてのＥＵＶ光は、レチクルやウエハ等の光学素子に吸収され、そのエネルギーの大部分が熱となる。例えば、反射型レチクルは、上述のようにＥＵＶ光を反射する部分と吸収する部分との反射光強度の差によって回路パターンの情報を構成する。部分的に光を吸収するため、ＥＵＶ用の反射型レチクルは従来の透過型レチクルに比較して、照明光（露光光源光）を受けた際の発熱が増大する。さらに、この反射型レチクルは真空環境下に配置されているため、レチクルの発熱は周囲空間に殆ど放熱されず、レチクル内に滞留することとなる。
【０００６】
なお、透過型のレチクルの温度による膨張を防ぐために、その透過型レチクルを輻射冷却するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
レチクルを保持するためのレチクルチャックやウエハを保持するためのウエハチャック（以下、これらを総称してチャックという）は、この真空環境下でレチクルやウエハを保持する必要がある。そのため真空吸着方式のものを使用することができず、一般に静電吸着方式のものが使用される。この静電方式は、内部電極に４００Ｖから８００Ｖ程度の電圧を印加してチャック表面に電荷を溜めることにより吸着を行うものである。この電極間を流れるリーク電流がチャック内を流れる際に発熱を生じ、チャックが温度上昇する。このレチクルチャック、ウエハチャックも真空環境下に配置されているので、その発熱は周囲空間に殆ど放熱されず、チャック内に滞留することとなる。そのチャックの温度調節のため、温度調整用の媒体を用いるものや、ペルチェ素子を用いるものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
このレチクルチャック、ウエハチャックによってレチクルやウエハ等の素子を保持する際に、その素子とチャック面との間に粉塵等（いわゆるパーティクル）を挟み込んでしまうと素子の平面性を損なってしまい、高精度な露光投影ができなくなってしまう。そこで、パーティクルを挟み込む確率を低減するために、素子との接触面積を小さくしたいわゆるピンチャックと呼ばれるチャックが用いられる（例えば、特許文献２及び３参照）。
【０００９】
また、チャックは光学素子の平面性を矯正する機能を必要とし、高剛性であることが求められる。走査露光においてステージ上でチャックを移動させる必要があることから、軽量であることも求められる。さらに、熱による形状変化が小さいことが必要であることから、線膨張係数が低いことも求められる。これらの要求から、チャックにはＳｉＣ（シリコンカーバイド），ＳｉＮ（窒化ケイ素），ＡｌＮ（窒化アルミニウム）等のセラミックス材料が用いられている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平０９−９２６１３号公報
【特許文献２】
特開平０９−３０６８３４号公報
【特許文献３】
特公昭６０−０１５１４７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＥＵＶ露光装置に用いられるチャックでは、静電吸着力を充分に確保する観点から必ずしも理想的な低熱膨張材を選定できるという訳ではない。上述のセラミックス材料も比較的低線膨張係数であるものの、その係数値は１〜１０ｐｐｍ程度である。
【００１２】
例えば、リーク電流に起因する発熱により０．０１℃の温度上昇があった場合、ウエハチャックの半径が１５０ｍｍ、その線膨張係数が３ｐｐｍであるとすると熱膨張による位置ずれが４．５ｎｍとなる。ＥＵＶ露光装置のウエハチャックに要求される位置精度は数ｎｍであるため、熱膨張によって４．５ｎｍの位置ずれが生じると問題となってしまう。
【００１３】
また、ＥＵＶ光を吸収して温度上昇する物体（例えばウエハ・レチクル等の光学素子）も線膨張係数が２〜３ｐｐｍ程度であるため、やはり０．０１℃の温度上昇によって３〜４ｎｍ程度の熱膨張を生じる。例えばウエハの厚さは０．７７５ｍｍ程度と薄く剛性が低いため、吸着によりチャック面との間に生じる摩擦によって熱膨張が拘束される。このため、実際の温度上昇の許容値は緩和されるが、それでも０．１℃程度である。
【００１４】
レチクルは主にガラスセラミックスから成り、５０ｐｐｂ程度と低い線膨張係数である。ウエハは３０秒〜２００秒程度に１度交換されるが、レチクルは数十枚以上のウエハを露光した後に交換されるため、ウエハの数十枚分以上の露光時間に１度交換される。つまり、入射熱量がウエハに比べて多くなり、温度上昇も大きくなる。例えばレチクルが１℃温度上昇すれば、５ｎｍ程度の熱膨張を生じ、問題となってしまう。
【００１５】
上述のように、ウエハ・レチクル等の光学素子やチャックは、ＥＵＶ光の吸収やリーク電流に起因する発熱により温度上昇してしまう。これらは真空環境下に配置されているので周囲空間への放熱も殆どなく、熱は光学素子やチャック内に滞留してしまい、さらに温度上昇を生じてしまう。これらの温度上昇によりウエハ等の光学素子やチャックが熱膨張を生じ、正確に回路パターンの露光転写ができなくなってしまうので、この露光装置においては光学素子やチャックを冷却する必要がある。
【００１６】
ＥＵＶ露光装置において、光学素子やチャックは真空環境下に配置されているので、気体の対流熱伝達を利用した冷却方法を用いることは困難である。したがって、冷媒を用いて光学素子やチャックを直接的に冷却する直接冷却方法が考えられる。
【００１７】
しかし、ウエハチャック・レチクルチャック等のチャックを支持するウエハステージ・レチクルステージ等の微動ステージは、剛性の低い弾性部材（バネ等）で支持されている。したがって、例えば液体等の冷媒を光学素子やチャックに流すと、その流路や配管内で発生する渦や脈動等に伴う振動により、ウエハやレチクル等の位置安定性が悪化してしまうという問題がある。また、配管が光学素子やチャックに接続されることによって微動ステージの動作が拘束されてしまうので、干渉計を利用した位置検出・位置制御に対する応答性が悪化し、高周波の振動を低減する制御が困難となってしまうという問題もある。
【００１８】
光学素子とチャックとは真空環境下に配置されているため、空間を介した相互の熱伝達は殆ど行われない。したがって、光学素子とチャックとの間の熱交換（熱伝達）は主にそれらの接触面において行われるが、ピンチャックを用いた場合はピンと光学素子との接触面積が小さく、相互の熱交換は行われにくくなる。したがって、光学素子又はチャックの一方を冷却しても他方を有効に冷却することができないという問題もある。
【００１９】
また、例えばレジスト感度が異なる露光を行う場合等、露光光源光の強度やチャックの吸着時間の変化により光学素子基板の発熱量やチャックの発熱量が変動する場合がある。このように、光学素子基板の発熱量やチャックの発熱量が変動する場合に一律に冷却を行うと、熱膨張の量自体は低減することができるもののその熱膨張量が変動してしまい、ウエハやレチクル等の光学素子を高精度に位置制御できないという問題もある。
【００２０】
ウエハやレチクル等の光学素子やチャックの温度を制御するためにそれらの温度計測を行うことが考えられる。その際、チャックは光学素子に比べて温度上昇許容値が小さいため、より高精度に温度計測を行う必要がある。また、光学素子は頻繁に交換されるため、その交換性を損なわないように温度計測を行う必要がある。
【００２１】
本発明は上記の事情に鑑みて為されたもので、物体（例えば、ウエハ・レチクル等の光学部材）を、振動・位置安定性・位置制御の応答性の悪化等を伴わずに効果的に冷却することができ、その結果、高精度に回路パターンを露光転写することができてウエハの不良率を低減し、また高性能のデバイスを作成することができる露光装置を提供することを例示的目的とする。
【００２２】
また、物体とその物体の保持手段との両方の冷却を効果的に行うことにより、さらに高精度に回路パターンを露光転写することができてウエハの不良率を低減し、また高性能のウエハを作成することができる露光装置を提供することを他の例示的目的とする。
【００２３】
また、物体の表面温度を簡便に計測し、保持手段の温度を高精度に計測することにより、物体や保持手段の確実な温度制御を可能とし、さらに高精度に回路パターンを露光転写することができてウエハの不良率を低減し、また高性能のデバイスを作成することができる露光装置を提供することを他の例示的目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、光源からの光を物体に導く光学系と、物体を保持する保持手段と、保持手段の保持面側に、保持面に対して非接触に配置された第１の冷却手段と、保持手段の裏面側に、裏面に対して非接触に配置された第２の冷却手段と、を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００２６】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態を図面に基づきつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る露光装置１の露光部全体の構成を模式的に示す概略図である。この露光装置１は、露光光としてＥＵＶ光２ｅを用いた走査型の縮小投影露光装置であり、ＥＵＶ光２ｅを発する光源としてのＥＵＶ光源２・照明光学系３・物体としての反射型レチクル（以下、単にレチクルという。）４・レチクルステージ５・投影光学系６・位置測定装置としてのレチクル用レーザ干渉計７ａ及びウエハ用レーザ干渉計７ｂ（図２に図示）・アライメント検出手段１５・フォーカス位置検出手段１６・真空系１７等を有して大略構成される。
【００２７】
ＥＵＶ光源２としては、例えばレーザプラズマ光源２ａが用いられる。このレーザプラズマ光源２ａは、励起用パルスレーザ２ｂ、集光レンズ２ｃ、ターゲット供給装置２ｄを有して大略構成される。このレーザプラズマ光源２ａは、真空容器中のターゲット材に励起用パルスレーザ２ｂによって高強度のパルスレーザ光を照射し、高温のプラズマを発生させ、そこから放射される例えば波長１３〜１４ｎｍ程度のＥＵＶ光２ｅを利用するものである。
【００２８】
ターゲット材としては金属薄膜・不活性ガス・液滴等が用いられ、ガスジェット等のターゲット供給装置２ｄによって真空系内に供給される。励起用パルスレーザ２ｂのレーザ照射の繰り返し周波数が高い方が、放射されるＥＵＶ光２ｅの平均強度が高くなり、通常励起用パルスレーザ２ｂは数ｋＨｚの繰り返し周波数で運転される。
【００２９】
照明光学系３は、ＥＵＶ光源２からのＥＵＶ光２ｅを原版としてのレチクル４に導くためのものであり、複数のミラー３ａ・反射型オプティカルインテグレータ３ｂ等を有して大略構成される。ミラー３ａとしては、多層膜反射ミラーや斜入射ミラーが用いられる。
【００３０】
初段の集光ミラー３ａ’はＥＵＶ光源２から略等方的に放射されるＥＵＶ光２ｅを集光し、平行光とするためのものである。反射型オプティカルインテグレータ３ｂはレチクル４を所定の開口数で均一に照明するためのものであり、集光ミラー３ａ’からの光で複数の２次光源を形成している。
また照明光学系３におけるレチクル４と共役な位置には、レチクル４の表面にＥＵＶ光２ｅが照明される領域を円弧状に制限するためのアパーチャ３ｃが設けられている。このアパーチャ３ｃにおいては、反射型オプティカルインテグレータ３ｂにより形成された複数の２次光源からの夫々の光が、ミラー３ａにより重ね合わされる。
【００３１】
レチクル４は、ウエハに露光すべき回路パターンが表面に形成された原版である。レチクル４は、ウエハ上に露光転写すべきパターンを吸収体によってミラー上に多層膜として形成したもので、ＥＵＶ光２ｅを反射する部分と吸収する部分との反射光強度の差によって回路パターンの情報を構成している。レチクル４は、保持手段としてのレチクルチャック９に保持されている。この実施の形態においては、このレチクル４は真空中に配置されているので、静電吸着方式のレチクルチャック（静電チャック）９が用いられている。レチクルチャック９は、レチクルステージ５上に載置されている。
【００３２】
このレチクルステージ５は、露光の際にレチクル４を副走査方向（Ｘ１軸方向）（図２を参照）に沿って精密に走査移動させるためのものである。レチクルステージ５としては、例えばサーボモータと精密送り機構とによる精密ステージや、リニアモータ等を用いた高精度走査移動及び高精度位置決め機構が用いられる。また、レチクルステージ５には、Ｘ１軸方向（副走査方向）、Ｙ１軸方向（主走査方向）、Ｚ１軸方向（レチクル４の面に垂直な方向）、及び各軸回りの回転方向に微動可能な微動機構（図示せず）が設けられ、レチクル４の精密な位置決めができるようになっている。
【００３３】
レチクルチャック９の位置と姿勢は、レーザ干渉計によって測定される。その位置測定結果に応じて、微動機構によりレチクルステージ５及びレチクルチャック９が移動してレチクル４の高精度な位置調整が行われるようになっているが、詳細は後述する。
【００３４】
投影光学系６は、レチクル４によって反射されたＥＵＶ光２ｅをウエハ１２上に導くための光学系であり、複数のミラー６ａ〜６ｄ及びアパーチャ６ｅを用いて構成される。この投影光学系６においては、ミラー枚数が少ない方がＥＵＶ光２ｅの利用効率が高いが、収差補正が難しくなる。収差補正に必要なミラー枚数は例えば４枚から６枚程度であり、ミラー６ａ〜６ｄの反射面の形状は凸面又は凹面の球面又は非球面である。
【００３５】
ミラー６ａ〜６ｄは、低膨張率ガラスやＳｉＣ（シリコンカーバイド）等の高剛性、高硬度、低熱膨張率の材料からなる基板表面を研削又は研磨して所定の反射面形状を創成した後、その反射面にモリブデン／シリコン等の多層膜を成膜したものである。前述のブラッグの式から明らかなように、膜周期一定の多層膜反射ミラーにおいてはミラー面内の位置によって光の入射角が異なってしまうと高反射率となるＥＵＶ光２ｅの波長もその位置に応じて異なってしまう。そこでミラー面内で一定波長のＥＵＶ光２ｅが効率よく反射されるために、膜周期が分布を持つように構成される。
【００３６】
物体としてのウエハ（被処理体）１２はレチクル４からのＥＵＶ光２ｅが照射されてレチクル４表面の回路パターンが表面１２ａに露光されるもので、ウエハステージ１３上に設けられた保持手段としてのウエハチャック１４に保持される。ウエハステージ１３はレチクルステージ５と同様にＸ２軸方向（副走査方向）に高速移動する機構を有している。このウエハステージ１３とレチクルステージ５とは、露光投影の縮小倍率に比例した速度比で同期して走査する走査移動機構を有している。また、ウエハステージ１３にはＸ２軸方向、Ｙ２軸方向、Ｚ２軸方向、及び各軸回りの回転方向に微動可能な微動機構（図示せず）が設けられ、ウエハ１２の精密な位置決めができるようになっている。
【００３７】
ウエハステージ１３の位置と姿勢は、レチクルステージ５の場合と同様に、レーザ干渉計によって測定される。その位置測定結果に応じて、微動機構によりウエハステージ１３及びウエハチャック１４が移動してウエハ１２の高精度な位置調整が行われるようになっている。
【００３８】
レチクル４に対するウエハ１２の位置決めの様子を図２に基づきつつ説明する。図２は、この露光装置１のレチクル４周辺とウエハ１２周辺とを模式的に示す図である。レチクル４の位置はレチクルステージ５上に固定されたレチクルステージミラー５ａの位置をレチクル用レーザ干渉計７ａで測定することによって得られる。このレチクル用レーザ干渉計７ａは、例えば測定光源としてのレーザ光源、検出器としての干渉計を有して構成され、それらは固定手段１０ａによって露光装置１本体に固定されている。また、ウエハ１２の位置はウエハ微動ステージ１３上に固定されたウエハステージミラー１３ａの位置をウエハ用レーザ干渉計７ｂで測定することによって得られる。このウエハ用レーザ干渉計７ｂは、例えば測定光源としてのレーザ光源、検出器としての干渉計を有して構成され、それらは固定手段１０ｂによって露光装置１本体に固定されている。
【００３９】
レチクル４の位置とウエハ１２の位置との相対位置関係が一定となるように、ウエハ微動ステージ１３が駆動制御されて位置調整されるようになっている。ウエハチャック１４としては２つの電極１４ｅを有する双曲型の静電チャックが用いられ、それによりウエハ１２がウエハチャック１４に静電吸着されるようになっている。
【００４０】
このウエハ１２及びウエハチャック１４近傍を拡大した図を図３に示す。ウエハチャック１４には±５００Ｖの電圧が印加され、その印加電圧によりウエハチャック１４の保持面１４ａとウエハ１２の基板との間に生じる静電気力を利用することによってウエハ１２が吸着されるようになっている。ウエハチャック１４の保持面１４ａとウエハ１２の裏面１２ｂとの間に粉塵等のパーティクルが挟み込まれてしまわないように、ウエハチャック１４にはいわゆるピンチャックが用いられ、その保持面１４ａがピン部１４ｂと間隙部１４ｃとにより構成されている。それにより、ウエハ１２の裏面１２ｂの面積に対する裏面１２ｂと保持面１４ａとの接触面積の比、いわゆる接触率は１０％以下とされている。
【００４１】
ウエハチャック１４の保持面１４ａ側であってウエハ１２の表面１２ａの近傍には、ウエハ１２を輻射冷却するための冷却手段（第１の冷却手段）１１ａが保持面１４ａに対して非接触に設けられている。また、ウエハ１２を保持するウエハチャック１４の裏面１４ｄの近傍には、このウエハチャック１４を輻射冷却するための冷却手段（第２の冷却手段）１１ｂが裏面１４ｄに対して非接触に設けられている。この場合、具体的にはウエハステージ１３の一部分に穴（開口）を空け、ウエハステージ１３を支える天板（不図示）に第２の冷却手段としての冷却手段１１ｂを設けるとよい。そうすることにより、第２の冷却手段がウエハステージに対して与える振動等の影響を低減したり無くしたりすることができる。このように、剛性の低い弾性部材（バネ等）で支持されてチャックを直接保持するステージ（例えば、微動ステージ）に冷却手段等を固定すると、従来例で述べたような高周波の振動を低減する制御が容易に可能となる。
【００４２】
この冷却手段１１ａは、輻射板１１ｃ・ペルチェ素子１１ｄ・放熱ブロック１１ｅ・水冷パイプ１１ｆを有して構成されている。ペルチェ素子１１ｄは、その一面側が輻射板１１ｃに接触して装着されている。輻射板１１ｃは比較的熱伝導率が良好で輻射率の高い材料で形成され、例えばシリコンカーバイト（ＳｉＣ）等のセラミックスが材料として用いられる。ペルチェ素子１１ｄへの印加電圧を制御することによって、ペルチェ素子１１ｄと接触する輻射板１１ｃの温度が約５℃程度に一定に保たれる。これにより、この冷却手段１１ａは、ウエハ１２から０．５Ｗ程度の熱を吸収することとなる。
【００４３】
ペルチェ素子１１ｄの他面側には例えばステンレス等の金属で形成された放熱ブロック１１ｅが取り付けられている。この放熱ブロック１１ｅの内部には流路１１ｇが形成されている。その流路１１ｇと水冷パイプ１１ｆとが接合され、水等の冷媒をその水冷パイプ１１ｆ内から流路１１ｇへと循環させることにより、ペルチェ素子１１ｄから排出される熱が冷媒に回収され、ペルチェ素子１１ｄが冷却されるようになっている。この冷却手段１１ａは、ウエハ表面１２ａの近傍に設けられているので、ＥＵＶ光２ｅのウエハ表面１２ａへの入射を遮らないようにＥＵＶ光２ｅの照射位置を避けて配置されている。
【００４４】
冷却手段１１ｂも冷却手段１１ａと同様に輻射板１１ｃ’・ペルチェ素子１１ｄ’・放熱ブロック１１ｅ’・水冷パイプ１１ｆ’を有して構成されている。ペルチェ素子１１ｄ’は、その一面側が輻射板１１ｃ’に接触して装着されている。輻射板１１ｃ’は比較的熱伝導率が良好で輻射率の高い材料で形成され、例えばシリコンカーバイト（ＳｉＣ）等のセラミックスが材料として用いられる。ペルチェ素子１１ｄ’への印加電圧を制御することによって、ペルチェ素子１１ｄ’と接触する輻射板１１ｃ’の温度が約１５℃程度に一定に保たれる。これにより、この冷却手段１１ｂは、ウエハチャック１４から０．１Ｗ程度の熱を吸収することとなる。
【００４５】
アライメント検出手段１５は、レチクル４の位置と投影光学系６の光軸との位置関係、及びウエハ１２の位置と投影光学系６の光軸との位置関係を検出するためのものである。その検出結果に基づいて、レチクル４の投影像がウエハ１２の所定の位置に一致するようにレチクルステージ５及びウエハ微動ステージ１３の位置と角度とが設定されるようになっている。
【００４６】
フォーカス位置検出手段１６は、ウエハ表面１２ａのフォーカス位置（すなわちＺ２軸方向位置（図２の座標軸参照））を検出するためのもので、ウエハ微動ステージ１３の位置及び角度が制御されることにより、露光中のウエハ表面１２ａが、常に投影光学系６による結像位置に保持されるようになっている。
【００４７】
この露光装置１においては、露光光源としてＥＵＶ光源２を用いている。このＥＵＶ光２ｅは、上述のように空気によっても吸収されて光の強度が低下する。したがって、この露光装置１において照明光学系３、レチクル４、レチクルチャック９、投影光学系６、ウエハ１２、ウエハチャック１４を含み、ＥＵＶ光２ｅの光路に相当する部分は、例えば真空ポンプ等の真空系１７によって真空中に配されている。
【００４８】
次に、この露光装置１の動作について説明する。
【００４９】
レチクル４がレチクルチャック９に保持され、ウエハ１２が図示しない搬送系から受け渡されてウエハチャック１４に保持され、この露光装置１による露光が開始される。ＥＵＶ光源２からのＥＵＶ光２ｅが照明光学系３を経てレチクル表面４ａに導かれ、その後、投影光学系６を経てウエハ表面１２ａに至り、レチクル表面４ａ上に形成された回路パターンをウエハ表面１２ａに転写することによって露光が行われる。
【００５０】
この露光装置１においては、走査露光方式によって回路パターンの露光が行われる。すなわち、アパーチャ３ｃによってスリット状（円弧状）とされたＥＵＶ光２ｅをレチクル表面４ａに照射し、レチクルステージ５とウエハステージ１３とを投影光学系６の縮小倍率に比例した速度比で同期させつつそれぞれＸ１軸方向、Ｘ２軸方向に走査移動を行って露光を行う。露光に際しては、アライメント検出手段１５によりレチクル４とウエハ１２の相対位置が調整され、フォーカス位置検出手段１６によりウエハ１２の投影光学系の光軸方向に対する位置が調整されて、レチクル４上の回路パターンが正確にウエハ１２上へと転写されていく。
【００５１】
ウエハ１２上で１回のスキャン露光（走査露光）が終わると、ウエハステージ１２はＸ２軸方向，Ｙ２軸方向にステップ移動して次の走査露光開始位置に移動する。そして、レチクルステージ５及びウエハステージ１２の走査移動速度が投影光学系６の縮小倍率に比例した速度比となるように、再びそれぞれＸ１軸方向、Ｘ２軸方向への同期走査移動が行われる。
【００５２】
このようにして、レチクル４の縮小投影像がウエハ１２上に結像した状態で、レチクル４とウエハ１２との同期走査露光が繰り返され、レチクル４上の回路パターン像がウエハ１２上に像形成されていく。この一連の動作をステップ・アンド・スキャンといい、このステップ・アンド・スキャンによって、ウエハ全面にレチクルの回路パターンが転写される。
【００５３】
この走査露光において、ＥＵＶ光２ｅがウエハ１２に照射され、ウエハ１２においてＥＵＶ光２ｅが吸収される。また、本実施の形態においては、ウエハチャック１４は静電吸着方式とされているので、ウエハチャック１４に電圧が印加されてそのリーク電流がチャック内を流れ、これによりウエハチャック１４が発熱する。ウエハチャック１４はピンチャックでありその保持面１４ａとウエハ裏面１２ｂとは１０％以下の接触率とされている。その９０％より多くを占める非接触部分としての空隙部１４ｃは１０^−６Ｐａ程度の真空環境下にあり、１０％以下の接触部分としてのピン部１４ｂにおいてもウエハ裏面１２ｂとの接触抵抗があるために、ウエハ１２とウエハチャック１４との間の熱抵抗は０．１ｍ^２℃／Ｗ程度と大きくなっている。
【００５４】
しかし、ウエハチャック１４の保持面１４ａ側であってウエハ１２の表面１２ａの近傍に保持面１４ａに対して非接触に冷却手段１１ａが設けられ、ウエハチャック裏面１４ｄの近傍にその裏面１４ｄに対して非接触に冷却手段が設けられ、それぞれがウエハ１２及びウエハチャック１４を輻射冷却するので、ウエハ１２及びウエハチャック１４の熱歪を低減するために必要な熱量を充分に奪って冷却することができる。輻射により冷却を行い、接触熱抵抗部を介して熱を奪うことがないので、必要な時間内に充分にウエハ１２及びウエハチャック１４の発熱を打ち消すように冷却することができる。また、冷却手段１１ａ，１１ｂはウエハ１２、ウエハチャック１４に対して非接触であり、かつ輻射によって冷却を行うので、冷却に伴って流路、配管内で発生する渦、脈動等による振動が殆どなく、ウエハ１２の位置安定性を悪化させることがない。
【００５５】
次に、図４及び図５を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図４は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）ではデバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウェハ（被処理体）を製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００５６】
図５は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施例の製造方法によれば従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。
【００５７】
なお、本実施の形態１においては、ウエハ表面１２ａの近傍に冷却手段１１ａを設け、ウエハチャック裏面１４ｄの近傍に冷却手段１１ｂを設ける構成としたが、もちろん、冷却能力、コスト等の面から総合的に勘案して、いずれか一方の冷却手段のみを用いてもよい。
【００５８】
また、本実施の形態１においては、ウエハ１２及びウエハチャック１４の近傍に非接触にそれぞれ冷却手段１１ａ，１１ｂを設けたが、物体としてはウエハ１２に限られずレチクル４や反射ミラーであってもよい。すなわち、レチクル４、レチクルチャック９の近傍に非接触に冷却手段を設けてもよく、また、反射ミラーとその保持部材の近傍に非接触に冷却手段を設けてもよい。
【００５９】
また、この露光装置１の光源はＥＵＶ光に限られることなく、可視光・紫外光・Ｘ線・電子線等露光可能な光源であればいずれでもよいことはもちろんである。さらに、この露光装置１の露光方式も本実施の形態にて説明したような走査露光方式（ステップ・アンド・スキャンタイプ）に限られず、ステップ・アンド・リピートタイプの露光方式であってももちろんよい。
【００６０】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る露光装置を、図６に基づきつつ説明する。図６は、この実施の形態２に係る露光装置１のウエハ１２及びウエハチャック１４近傍を拡大した図である。なお、上記実施の形態１と同様の構成については同様の引用符号を使用し、説明を省略する。
【００６１】
基板温度制御部１８は、ウエハ１２の温度を調整すべく、冷却手段１１ａの温度を制御するためのものである。その基板温度制御部１８には、非接触の温度センサとしての放射温度計（第１の温度計測手段）１９が接続されている。この放射温度計１９はウエハ１２に接触せずにその表面温度を計測するものであり、この温度計測値に基づいて基板温度制御部１８が冷却手段１１ａのペルチェ素子１１ｄに与える電圧を調節し、ウエハ１２の温度が２３℃に温度制御されるようになっている。
【００６２】
チャック温度制御部２０は、ウエハチャック１４の温度を調整すべく、冷却手段１１ｂの温度を制御するためのものである。そのチャック温度制御部２０には、接触式温度センサ（第２の温度計測手段）２１が接続されている。この接触式温度センサ２１は白金測温抵抗体の温度センサがウエハチャック１４に接触しつつその温度を計測するものであり、この温度計測値に基づいてチャック温度制御部２０が冷却手段１１ｂのペルチェ素子１１ｄ’に与える電圧を調節し、ウエハチャック１４の温度が２３℃に温度制御されるようになっている。
【００６３】
非接触の温度センサは一般に０．０５℃程度の精度を有し、高精度の接触式の温度センサは０．００１℃程度の精度を有する。本実施の形態２においては、放射温度計１９は非接触式であるが、ウエハ１２の温度上昇許容値がウエハチャック１４の温度上昇許容値より大きいので、充分な計測精度が確保されている。一方、ウエハチャック１４が温度上昇許容値が小さいが、白金測温抵抗体を用いた接触式温度センサ２１によって温度計測を行うことで、０．００１℃程度の高精度な温度計測が可能となっている。
【００６４】
上記のように構成したことにより、この実施の形態２に係る露光装置１によれば、ウエハ１２の表面温度を簡便に計測できるとともに、ウエハチャック１４の温度を高精度に計測することができる。その温度計測値に基づいて冷却手段１１ａ，１１ｂを温度制御することにより、ウエハ１２やウエハチャック１４の温度調整を行うことができる。
【００６５】
ウエハ１２及びウエハチャック１４の温度計測や温度制御を行うことにより、露光エネルギー変動やウエハチャック１４の発熱量変動が大きい場合であってもさらに一層ウエハ１２及びウエハチャック１４の温度安定性を向上させることができる。その結果、さらに高精度に回路パターンを露光転写することができてウエハの不良率を低減し、また高性能のデバイスを作成することができる。
【００６６】
以上、物体として主としてウエハを例にして説明したが、レチクル、ミラー、反射型オプティカルインテグレータ等に適用する事も可能である。また、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【００６７】
本出願は、更に以下の事項を開示する。
【００６８】
［実施態様１］光源からの光を物体に導く光学系と、該物体を保持する保持手段と、該保持手段の保持面側に、該保持面に対して非接触に配置された第１の冷却手段と、該保持手段の裏面側に、該裏面に対して非接触に配置された第２の冷却手段と、を有することを特徴とする露光装置。
【００６９】
［実施態様２］前記第１の冷却手段は、輻射による冷却を行うことを特徴とする実施態様１に記載の露光装置。
【００７０】
［実施態様３］前記第２の冷却手段は、輻射による冷却を行うことを特徴とする実施態様１に記載の露光装置。
【００７１】
［実施態様４］前記第１の冷却手段は、輻射板と、該輻射板を冷却するペルチェ素子と、を有することを特徴とする実施態様１に記載の露光装置。
【００７２】
［実施態様５］前記第２の冷却手段は、輻射板と、該輻射板を冷却するペルチェ素子と、を有することを特徴とする実施態様１に記載の露光装置。
【００７３】
［実施態様６］前記物体の温度を計測する温度計測手段と、該計測された前記物体の温度に基づいて前記第１の冷却手段の温度を制御する制御部と、を更に有することを特徴とする実施態様１に記載の露光装置。
【００７４】
［実施態様７］前記温度計測手段は、前記物体の温度を前記物体に接触せずに計測することを特徴とする実施態様８に記載の露光装置。
【００７５】
［実施態様８］前記保持手段の温度を計測する温度計測手段と、該計測された前記保持手段の温度に基づいて前記第２の冷却手段の温度を制御する制御部と、を更に有することを特徴とする実施態様１に記載の露光装置。
【００７６】
［実施態様９］前記温度計測手段は、前記保持手段の温度を前記保持手段に接触しつつ計測することを特徴とする実施態様６に記載の露光装置。
【００７７】
［実施態様１０］前記物体はパターンが形成されたレチクルであり、前記保持手段はレチクルチャックであることを特徴とする実施態様１に記載の露光装置。
【００７８】
［実施態様１１］前記物体はウエハであり、前記保持手段はウエハチャックであることを特徴とする実施態様１に記載の露光装置。
【００７９】
［実施態様１２］反射型レチクルのパターンに基づいて被処理体を露光する露光装置において、光源からの光により前記反射型レチクルを照明する照明光学系と、該反射型レチクルを保持するレチクルチャックと、該レチクルチャックの裏側に、該裏側の面に対して非接触に配置された冷却手段と、を有することを特徴とする露光装置。
【００８０】
［実施態様１３］被処理体を露光する露光装置において、光源からの光を前記被処理体に導く光学系と、該被処理体を保持するチャックと、該チャックの保持面の裏側に、該裏側の面に対して非接触に配置された冷却手段と、を有することを特徴とする露光装置。
【００８１】
［実施態様１４］光源からの光を物体に導く工程と、該物体又は該物体を保持する保持手段を、該保持手段の保持面側及びその裏面側から輻射によって冷却する工程と、を有することを特徴とする露光方法。
【００８２】
［実施態様１５］実施態様１〜１３のうちいずれかに記載の露光装置によって被処理体を投影露光する工程と、前記投影露光された被処理体に所定のプロセスを行う工程とを有するデバイスの製造方法。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ウエハ・レチクル・ミラー等の物体を、振動・位置安定性・位置制御の応答性の悪化等を伴わずに効果的に冷却することができ、その結果、高精度に回路パターンを露光転写することができてウエハの不良率を低減し、また高性能のデバイスを作成することができる。
【００８４】
また、物体とその物体の保持手段との両方の冷却を効果的に行うことにより、さらに高精度に回路パターンを露光転写することができてウエハの不良率を低減し、また高性能のデバイスを作成することができる。
【００８５】
物体の表面温度を簡便に計測し、保持手段の温度を高精度に計測することにより、物体や保持手段の確実な温度制御を可能とし、さらに高精度に回路パターンを露光転写することができてウエハの不良率を低減し、また高性能のデバイスを作成することができる。
【００８６】
さらに、デバイスを振動・位置安定性・位置制御の応答性の悪化等を伴わずに効果的に冷却することができ、その結果、高精度に回路パターンを露光転写することができてウエハの不良率を低減し、また高性能のデバイスを作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る露光装置の露光部全体の構成を模式的に示す概略図である。
【図２】図１に示す露光装置のレチクル周辺とウエハ周辺とを模式的に示す図である。
【図３】図１に示す露光装置のウエハ及びウエハチャック近傍を拡大した図である。
【図４】図１に示す露光装置による露光工程を有するデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】図４に示すステップ４の詳細なフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２に係る露光装置のウエハ及びウエハチャック近傍を拡大した図である。
【符号の説明】
１：露光装置
２ｅ：ＥＵＶ光
３：照明光学系
３ａ：反射ミラー
４：反射型レチクル（物体）
４ａ：表面
５：レチクルステージ（保持手段）
６：投影光学系
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ：ミラー
９：レチクルチャック（保持手段）
１１ａ：冷却手段（第１の冷却手段）
１１ｂ：冷却手段（第２の冷却手段）
１１ｃ，１１ｃ’：輻射板
１１ｄ，１１ｄ’：ペルチェ素子
１２：ウエハ（物体、被処理体）
１２ａ：表面
１２ｂ：裏面
１３：ウエハ微動ステージ
１４：ウエハチャック（保持手段）
１４ａ：保持面
１４ｄ：裏面
１９：放射温度計（第１の温度計測手段）
２１：接触式温度センサ（第２の温度計測手段）

Claims

光源からの光を物体に導く光学系と、
該物体を保持する保持手段と、
該保持手段の保持面側に、該保持面に対して非接触に配置された第１の冷却手段と、
該保持手段の裏面側に、該裏面に対して非接触に配置された第２の冷却手段と、を有することを特徴とする露光装置。