JP2005150527A - 保持装置、それを用いた露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レチクルや反射ミラーの面形状のひずみに起因するデフォーカスを軽減し、露光精度を向上させる。
【解決手段】 レチクルや反射ミラー等の物体を３点で把持し、それらの把持箇所以外の少なくとも１箇所を静電吸引力により吸引して、該物体の面形状を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子や液晶表示素子等の回路デバイスをリソグラフィ工程で製造する際に用いられる露光装置に係り、特に、この露光装置において露光原版や反射投影光学系の光学素子等を保持する保持装置に関する。

現在、半導体デバイスの製造現場では、ＫｒＦエキシマレーザ光源からの波長２４８ｎｍの紫外パルスレーザ光、あるいはＡｒＦエキシマレーザ光源からの波長１９３ｎｍの紫外パルスレーザ光を照明光とし、回路パターンが描画されたマスクまたはレチクル（以下、「レチクル」と総称する）と感応基板としてのウエハを縮小投影光学系の投影視野に対して相対的に１次元走査することで、ウエハ上の１つのショット領域内にレチクルの回路パターン全体を転写する走査露光動作と、ショット間ステッピング動作とを繰り返す、ステップアンドスキャン方式の走査型露光装置を使ったデバイス製造が行われている。

ところで、半導体デバイスの集積度は、将来的にさらに高集積化することは間違いがなく、その場合のデバイスルールは０．１μｍすなわち１００ｎｍＬ／Ｓ（ラインアンドスペース）以下となり、上記の波長１９３ｎｍの紫外パルスレーザ光を照明光として用いる露光装置により、これに対応するには技術的な課題が山積している。

最近になって、波長５〜１５ｎｍの軟Ｘ線領域の光（本明細書では、この光を「ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光」とも呼ぶ）を露光光として用いるＥＵＶ露光装置の開発が開始されるに至っており、かかるＥＵＶ露光装置が最小線幅１００ｎｍの次世代の露光装置の有力な候補として注目されている。
このＥＵＶ露光装置の特徴は、装置雰囲気が真空中で光学系が従来と違い反射光学系となる。
また精度に関してもレチクルとウエハの位置合わせ精度（アライメント精度）や、いわゆるステッピング精度を含むウエハステージの位置決め精度、投影光学系のディストーション、フォーカス等一層厳しい精度が要求される。

本発明に係るレチクル構成においては、反射型投影光学系のミラー枚数によってはマスクが天地逆で支持されなければならない。また真空環境になるため、静電吸着でレチクルやウエハを支持する必要があり、また精度面においてもレチクルの表面形状による誤差も例外ではなくｎｍレベルの形状が要求される。また誤差の補正も非常に困難である。
特開平１０−９７９８５号公報

ところで、上述したような真空中で静電吸着力を使用してレチクルを天地逆で支持しようとした場合、以下の問題が生じる。すなわち、（１）従来のようにレチクルを周辺３点または４点で支持しようとすると自重たわみが発生するが、その量で発生するデフォーカスが無視できない。（２）従来の透過型レチクルと違い、反射型レチクルでは裏面を把持することができるが裏面全面（凹凸形状も含む）で把持すると両者の間にゴミが挟まった場合には面ひずみが発生し、且つデフォーカスが発生する。（３）静電チャック自体が発熱するのでチャックの熱膨張により、レチクルとのズレが発生する。

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、露光精度を向上させることのできる露光装置、特に露光装置において露光原版であるレチクルや投影光学系を構成する反射ミラー等を保持する装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明では、被保持物体の少なくとも１箇所を把持する把持手段と、該物体の他の少なくとも１箇所を静電吸引力により非接触で吸引する静電吸引手段とを備えることを特徴とする。
ここで、被保持物体は、例えばガラス基板上に回路パターンを描画された反射型のレチクルや、このレチクルの像を露光されるウエハや、レチクルの像をウエハ上に投影する投影光学系を構成する反射ミラーである。
また、把持手段は、例えば静電吸着手段、真空吸着手段、電磁吸着手段およびメカニカル把持手段である。把持手段は、被保持物体を３点支持するものであることが好ましい。

本発明によれば、レチクルや反射ミラー等の自重たわみを非接触の静電吸着手段で補正することができるので、露光時のデフォーカス量を軽減することができ、露光精度を向上させることができる。

本発明の好適な実施の形態によれば、被保持物体を少なくとも１点で保持し、それ以外の領域に少なくとも１個の静電チャックを非接触で構成したことを特徴とする。また前記非接触で構成された静電チャック（以後非接触静電チャック）は吸引力により非接触状態で物体の形状を部分的に変形させる。

本発明の好適な他の実施の形態によれば、基板を保持する基板保持装置において、基板を少なくとも１点、好ましくは３点で保持し、それ以外の基板領域に少なくとも１個の静電チャックを非接触で構成したことを特徴とする。また前記３点で保持する保持手段は、静電吸着手段あるいは真空吸着手段、電磁吸着手段、メカニカル把持手段のいずれかであることが好ましい。

また本発明の好適な実施の形態によれば、前記非接触静電チャックは吸引力により非接触状態で基板の自重たわみを補正することを特徴とする。
さらに前記非接触静電チャックは吸引力により非接触状態で基板の面形状を部分的に変形させることを特徴とする。
また前記非接触静電チャックは複数構成することが好ましい。

また、前記非接触静電チャックの前記基板との非接触隙間は２０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がより好ましく、５μｍ以下がさらに望ましい。
また前記非接触静電チャックは吸着力可変であることが好ましい。
さらに前記非接触静電チャックは温調機能を内蔵する。

また本発明の好適な実施の形態によれば、前記非接触静電チャックにレチクルとのギャップを測定するギャップ計測手段を構成したことを特徴とする。
また前記ギャップ計測手段の計測値を前記非接触静電チャックの吸着力にフィードバックする制御系を構成する。

また、前記基板を保持する基板保持装置において、前記基板の高さ情報を計測する高さ計測手段を構成したことを特徴とする。
さらに前記高さ計測手段の計測値に応じて非接触静電チャックの吸着力を変えることが望ましい。

また前記基板はガラス基板上に回路パターンが描画された反射型レチクルであり、前記周辺３点の保持は静電チャックであり、且つパターン面のレチクルパターン領域外の裏面で保持することが好ましい。

また本発明の好適な実施の形態によれば、前記非接触静電チャックを固定するベース板が低熱膨張材であることを特徴とする。
前記ベース板はガラス基板上に回路パターンが描画された反射型レチクルと同材質であることが好ましい。
または、前記ベース板の材質はセラミックスまたはガラスを使用し、線膨張係数は１０^−６以下であることが望ましい。
また前記ベース板は内部に温調手段が構成されていることが望ましい。
３点支持している静電チャックを一体部品ではなくマスクと同材質または低熱膨張材の板を介して固定することにより、熱膨張を考慮する上で静電チャック自体の材質は問わなくてよく、静電チャックの製作コストを軽減することができる。

また本発明の好適な別の実施の形態では、ミラーを保持するミラー保持装置において、ミラーを少なくとも１点、好ましくは３点で保持し、それ以外の基板領域に少なくとも１個の静電チャックを非接触で構成したことを特徴とする。

［実施例１］
以下、本発明の第１の実施例に係る露光装置および露光方法を、図１〜３を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施例に係るレチクルチャックの概略構成を示す。また図２は図１で示したレチクルチャックを含めた露光装置の全体構成を概略的に示す模式図である。

まず図２を用いて露光装置の全体構成について説明する。
同図の露光装置は、露光光として波長５〜１５ｎｍの軟Ｘ線領域、例えば波長１３．４ｎｍまたは１１．５ｎｍの光であるＥＵＶ露光光１０を用い、ステップアンドスキャン方式により露光動作を行う投影露光装置である。図中のＸ方向から入ってきた露光光１０はミラー１１にて反射され、ガラス基板上に回路パターンが描画された反射型レチクル１に投射される。なお、反射型レチクル１については後で詳細に説明するが後で説明する静電チャックにて吸着把持されている。また図中Ｘ方向に移動可能で且つ全自由度（６軸）に微動可能な不図示レチクルステージ上に構成されている。

反射型レチクル１で反射した露光光は、反射投影光学系に投射される。この反射投影光学系は第１ミラー１２、第２ミラー１３、第３ミラー１４および第４ミラー１５を備え、これらのミラーを反射した露光光がウエハ１６上に転写される。
ここで、第１ミラー１２および第４ミラー１５の反射面は非球面であり、第２ミラー１３の反射面は平面であり、第３ミラー１４の反射面は球面形状となっている。もちろん本発明では反射投影光学系構成に限りはない。各反射面は設計値に対して露光波長の約５０分の１から６０分の１以下の加工精度が実現され、ＲＭＳ値（標準偏差）で０．２ｎｍから０．３ｎｍ以下の誤差しかない。各ミラーの素材は低膨張ガラスあるいは金属であって、表面には反射型レチクル１と同様に２種類の物質を交互に重ねた多層膜によりＥＵＶ光に対する反射層が形成されている。

１７はウエハ１６を支持するためのウエハチャックで、ウエハ１６を静電吸着力で保持する。１８はウエハチャック１７を支持し、水平方向（Ｘ、Ｙ方向）に移動可能で且つ全自由度（６軸）に微動可能な不図示ウエハステージに支持されたウエハステージベースである。
この露光装置は、マスクとしての反射型レチクル１に描画された回路パターンの一部の像を反射投影光学系１２から１５を介して基板としてのウエハ１６上に投影しつつ、反射型レチクルとウエハ１６とを投影光学系１２〜１５に対して１次元方向（ここではＸ軸方向）に相対走査することによって、反射型レチクル１の回路パターンの全体をウエハ１６上の複数のショット領域の各々にステップアンドスキャン方式で転写するものである。
７は反射型レチクル１の反射面の高さ方向（Ｚ方向）を測定するためのフォーカスセンサである。

次に、図１に戻って、反射型レチクル１周辺の構成について説明する。図１において、１は反射型レチクルで裏面には静電吸着用の導電膜が構成されている。２は反射型レチクル１裏面の周辺３点を静電吸着力により把持する接触式静電チャック、５は接触式静電チャック２を支持する静電チャックベース、６は静電チャックベース５を支持し、Ｘ方向（スキャン方向）に移動可能で且つ全自由度（６軸）に微動可能な不図示レチクルステージ上に支持されたレチクルステージベースである。

ここで、静電チャックベース５はレチクルステージベース６に対して着脱可能なように構成されている。また静電チャックベース５の材質については、チャック自体の発熱や露光発熱による熱膨張でチャッキングズレが発生しないように反射型レチクル１と同材質であるか、または低熱膨張（例えば１×１０^−６以下）のセラミックもしくはガラスであることが望ましい。
また本実施例ではレチクル１を接触式静電チャック５により周辺３点で把持しているが把持の数に限りはなく１点で把持しても良い。
図中でわかるとおり、これらのレチクル１、静電チャック２、静電チャックベース５およびレチクルステージベース６は反重力方向つまり天地逆に構成されている。

３は静電チャックベース５に支持され、反射型レチクル１が接触式静電チャック２に把持された状態で反射型レチクル１の裏面とある隙間で非接触状態になるよう構成された非接触式静電チャックである。また反射型レチクル１の非接触式静電チャック対向部には導電膜が構成されている。なお、上記非接触隙間は、目標とするレチクル平面形状を実現した状態で、２０μｍ以下が望ましく、１０μｍ以下だとなお良い。５μｍ以下であればさらに良い。また接触式静電チャック２および非接触式静電チャック３に温調流路４が構成されており、静電チャックによる発熱に対して温調制御可能なように構成されている。また接触式静電チャック２の接地部表面（図１の斜線部）は一部掘り込みを構成したピンチャック構成またはリングチャック構成でも良い。

上記構成で実際に反射型レチクル１を保持する場合には、反射型レチクル１を反射型レチクル搬送系（不図示）にて搬送し、反射型レチクル１を接触式静電チャック２で静電吸着保持する。この状態だと反射型レチクル１は３点支持された状態なので自重分のたわみが発生している。試算した結果では形状や支持する場所にもよるが３点支持だと数１００ｎｍの自重たわみが発生する。もちろん露光光の輪体部を使用して露光するのでＹ軸回りのたわみならばスキャン時に不図示レチクルステージで補正することも多少可能であるが、Ｘ軸方向回りのたわみは輪体の長スパン側のデフォーカスとなるためレチクルステージ６で補正することはできない。

そこで本実施例では反射型レチクル１に対して非接触に構成された非接触静電チャック３に吸引力を発生させることにより部分的に反射型レチクル１を持ち上げて自重分のたわみを補正するように構成している。また自重分のたわみ以外でも反射型レチクル１の形状精度や光学系のひずみ分等の補正のために意図的に反射型レチクルを変形させることも可能である。もちろん静電チャックの性質上、あまり隙間が大きいと吸引力は発生しないが、数十μｍ以下だと接触している場合に比べ多少吸引力は落ちるものの、ガラス基板を数μｍ程度たわませることは十分可能である。またこの吸引力は可変にできるよう構成されている。

次に、実際の露光装置での反射型レチクル把持までの流れについて図３のレチクル補正シーケンスを用いて説明する。
まず反射型レチクル１を接触式静電チャック２で吸着把持する。次にこの状態で理想的な自重たわみ量はあらかじめ計算もしくは実験で確認しておき、このたわみをキャンセルするための吸引力を非接触式静電チャックに初期値として発生させる。この初期値の吸引力を発生させることで一番大きなたわみを概ねキャンセルすることができる。次にレチクルステージ６をＸ方向にスキャンさせて反射型レチクル１の反射面の高さをフォーカスセンサ７で計測する。ここでは自重たわみをキャンセルした残りの誤差や反射型レチクル１の形状誤差等を計測することができる。また接触把持している接触式静電チャックにゴミ等が挟まっている場合にはこの計測で検知することができる（接触式静電チャックのリーク電流でも検知可）。ゴミを検知した場合には、量によって補正で対応するかもしくはレチクルを回収してゴミを取り除くかの判断を行う。

ゴミを検知しなかった場合またはゴミを検知したが補正で対応すると判断した場合は、次にこの計測結果を元に各補正量を演算する。ここでは場合によっては光学系のひずみ等の補正も合わせて演算される。そしてこの補正結果を元に非接触静電チャック３の印加電圧を変えて吸引力を補正する。
最後にレチクルステージ６で補正する分に関しては露光スキャン時の駆動指令にフィードバックして補正が終了する。レチクルステージで補正する誤差としては主に平均高さ分やくさび成分がある。
なお、本実施例では反射型レチクル１を接触式静電チャック２で接触把持したが把持方式はこれに限りはない。例えばメカニカル把持や電磁吸着把持方式でも同様の効果が得られる。また本実施例では反射型レチクル１裏面の周辺３点を静電吸着力により把持しているが、この３点の位置は、パターン面のレチクルパターン領域外の裏面であることが望ましい。もちろん周辺３点に限らずとも多少の効果はある。

［実施例２］
以下、本発明に係る露光装置および露光方法の第２の実施例を、図４を参照して説明する。本実施例では接触式静電チャック２を反射型レチクル１周辺に配置し、非接触式静電チャック３をあらゆる形状の補正に対応するため、複数個配置している。もちろん、より高精度な補正をするためにはできるだけ個数を増やすことが望ましい。また８は静電チャックベース５に支持され、且つ非接触静電チャック３の近傍に配置された、反射型レチクル１の裏面と非接触静電チャック３のギャップを測定するためのレチクルギャップ計測手段である。本実施例ではレチクルをより高精度に補正するために両者のギャップを計測し、計測値を吸引力つまり印加電圧にフィードバックしている。

また本実施例では静電チャックが複数個存在するために温調流路の引き回しが複雑になるため静電チャックベース５に温調流路４を構成している。個々の静電チャック２、３が発熱しても静電チャックベース５の温度が管理されていれば熱膨張によるレチクルズレは発生しない。なお、実際の露光装置での反射型レチクル１把持までの流れは第１の実施例と概ね同じなので説明は省略する。上記構成により、第１の実施例と比べてさらに高精度な補正が可能となる。

また本実施例では形状補正の対象としてレチクルについて述べたが、非接触の静電吸引力による変形補正であればこれに限りはなく、例えばウエハやミラーの形状補正に使用しても同様の効果が得られる。特に露光装置に使用する反射ミラーはｎｍオーダーで形状誤差を管理する必要があるため、平面、球面および非球面にかかわらずミラーの面形状補正にも十分使用可能である。

以上説明したように、上述の実施例によれば反射型レチクルを３点支持することができるのでゴミが挟まった場合でも反射面が歪むことがなく、且つ３点支持したことによる自重たわみも非接触静電チャックで補正することができ、露光時のデフォーカス量を軽減することができるので露光精度を向上させることができる。

また３点支持している静電チャックを一体部品ではなくマスクと同材質または低熱膨張材の板を介して固定しているので熱膨張を考慮する上で静電チャック自体の材質は問わなくてよく、静電チャックの製作コストを軽減することができる。

［実施例３］
次に上記説明した露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図５は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエ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で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。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。

図６は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。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、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施例の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造することができる。

本発明の一実施例に係るレチクルチャックの概略構成図である。 図１のレチクルチャックが用いられる露光装置の全体構成を示す模式図である。 図１の装置におけるレチクル補正シーケンスを示すフロー図である。 本発明の他の実施例に係るレチクルチャックの概略構成図である。 デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。 図５におけるウエハプロセスを説明する図である。

符号の説明

１：反射型レチクル
２：接触式静電チャック
３：非接触静電チャック
４：温調流路
５：静電チャックベース
６：レチクルステージベース
７：フォーカスセンサ
８：レチクルギャップ計測手段
１０：露光光
１１：反射ミラー
１２：第１ミラー
１３：第２ミラー
１４：第３ミラー
１５：第４ミラー
１６：ウエハ
１７：ウエハチャック
１８：ウエハステージベース

Claims (11)

1. 被保持物体の少なくとも１箇所を把持する把持手段と、該物体の他の少なくとも１箇所を静電吸引力により非接触で吸引する静電吸引手段とを備えることを特徴とする保持装置。
2. 前記把持手段は、静電吸着手段、真空吸着手段、電磁吸着手段およびメカニカル把持手段のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
3. 前記静電吸引手段と被保持物体とのギャップを測定するギャップ計測手段を備え、該ギャップ計測手段の計測値に基づいて該静電吸引手段の吸引力を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の保持装置。
4. 前記被保持物体が露光装置の投影光学系を構成する反射ミラーであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の保持装置。
5. 前記被保持物体がガラス基板上に回路パターンを描画された反射型の露光原版または該原版の像を露光される感応基板であることを特徴とする１〜３のいずれか１つに記載の保持装置。
6. 前記把持手段は前記被保持物体の反射面の裏面を３点で支持することを特徴とする請求項４または５に記載の保持装置。
7. 前記把持手段は前記露光原版におけるパターン面のレチクルパターン領域外の裏面の３箇所に配置されて該露光原版を３点で静電吸着および支持する静電チャックであることを特徴とする請求項４に記載の保持装置。
8. 前記静電吸引手段および静電チャックを固定され、前記露光原版を移動、位置決めまたは走査するための原版ステージに保持される、該露光原版と同材質であるかまたは低熱膨張材製のベース板をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の保持装置。
9. 前記露光原版のパターン面の露光光軸方向の位置を測定する高さ計測手段を備え、該高さ計測手段の計測値に基づいて前記静電吸引手段の吸引力を制御することを特徴とする請求項５、７および８のいずれか１つに記載の保持装置。
10. 請求項４〜９のいずれか１つに記載の保持装置を有することを特徴とする露光装置。
11. 請求項１０に記載の露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。

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