JP2006319340A - レティクルの熱的変形を減少させる露光設備及び露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レティクルの熱的変形を防止する。
【解決手段】本発明の露光設備は、複数個のスロットを持つレティクルライブラリ１１０と、露光工程が進行されるレティクルステージ１３０とを含み、レティクルを複数個のスロットを持つレティクル保管部材１１０に移送させて、前記レティクルを複数個のスロットのうちのいずれか一つからレティクルステージ１３０に移送させて、複数個スロットのうちのいずれか一つを前記レティクルの飽和温度で制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は半導体製造設備に係り、より詳細にはレティクルの熱的変形を防止することができる露光設備及びこれを利用した露光方法に関する。

半導体デバイスが高集積化されて行くにしたがってフォト露光工程におけるヒーティングによる問題点、例えばヒーティングによるレンズ変形の問題点やレティクル変形の問題点の解決が徐々に重要視されている。露光中発生した熱によるレンズ変形の問題点は、これを補償するためのレンズヒーティング補正アルゴリズムを設備別に入力することによって解決している。しかし、露光源によるレティクル変形やＦＡＢ（Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｆａｃｉｌｉｔｙ）の温度と設備との温度差によるレティクル変形に対する補償はされていなかった。このため、レンズヒーティング補正アルゴリズムを設備に適用させて露光工程を進行しても常に一定の工程結果を保証することができなかった。

従来のこのような問題点の解決策として、本出願人によって特許文献１に開示されているような“レティクルケースの温度調節のための手段を持つ露光設備”が提示された。特許文献１のレティクル変形防止策は、レティクルケースの内部に温度制御装置を装着して、露光設備内のレティクルステージとの温度を同一に設定することでレティクル変形を最小化するものである。本出願人によって提示されたもう一つのレティクル変形防止策は、特許文献２に開示されているようにな“投影露光装備”である。ここで提示されたレティクル変形防止策は、レティクルステージに温度センサを装着して、このセンサによってチャンバ内部及びレティクルの温度を感知して、これら温度が同一である場合に露光工程を進行するようにしたものである。

上術したような本出願人によって提示されていたレティクル変形防止策によれば、ＦＡＢの温度と設備との温度差によるレティクル変形が最小化されることで工程収率あるいは生産性の向上といった効果を得ることができる。ところが、実際の露光工程でレティクルは光源から所定の熱量を受けるようになり、吸収された熱量によってレティクルは変形される。実際に露光工程の時、光源からレティクルが受ける熱量はレンズが受けた熱量より大きいということが知られている。よって、露光の時、光源によるレティクル変形防止策がさらに要求されると言える。

一方、同一の条件下露光工程を進行してもレティクルの変形が異なる場合がある。このような傾向は、図１及び図２で見られるとおりである。図１及び図２はレティクルの変形程度を示したグラフであって、横軸はウェーハの一連番号（例：１番ウェーハから２５番ウェーハ）を示し、縦軸はレティクルの変形程度（単位はｐａｒｔｓ ｐｒ ｍｉｌｌｉｏｎ；ｐｐｍ）を示す。図１で見られるレティクルのＸ軸及びＹ軸方向への変形程度は、図２から見られるレティクルのＸ軸及びＹ軸方向への変形程度とは異なっている。このような相違が生じるのは、レティクルケース内で一定の温度（例２２℃）下に保管されたレティクルがレティクルステージに移送されて露光工程に使われる場合、レティクルステージにおけるばらつきのある温度（例えば２５℃）との差によってその変形程度が異なるからである。よって、レティクルの変形程度を抑えるためには、レティクルケース内に保管されるレティクルごとに露光工程での温度を考慮して、それぞれ異なる温度に保管されなければならないことがわかる。
大韓民国公開特許第２０００−１７６２９号 大韓民国公開特許第２００４−８１６１９号

本発明は上述した従来技術における要求を踏まえて案出されたものであり、本発明の目的は、レティクルの温度制御方式を改善し、その改善によりレティクルの熱的変形を防止するのに適した露光設備を提供することにある。

本発明の他の目的は、レティクルの温度制御方式を改善し、その改善によりレティクルの熱的変形を防止するのに適した露光方法を提供することにある。

上述の目的を解決するために本発明に係る露光設備及び露光方法は、露光源によるレティクルヒーティング、ＦＡＢ温度と設備温度差などによるレティクルの熱的変形を防止するために露光設備内でレティクルの温度を適切に制御できることを特徴とする。

前記特徴を実現することができる本発明の実施形態に係る露光設備は、レティクルを保管する複数個のスロットを含み、前記複数個のスロットのそれぞれの温度を測定して制御するレティクル保管部材と、前記レティクルのパターンを基板に転写するレティクルステージをと、含むことを特徴とする。

前記特徴を実現することができる本発明の変形実施形態に係る露光設備は、レティクルを保管する複数個のスロットを含み、前記複数個のスロットのそれぞれの温度を測定して制御するレティクルライブラリと、露光工程で前記レティクルのパターンを基板に転写させる光を発する露光源と、前記露光工程の時、前記レティクルの温度を測定する第１温度センサが具備されたレティクルステージと、前記複数個のスロットのそれぞれの温度を独立的に制御する温度制御部と、を含むことを特徴とする。

前記特徴を実現することができる本発明の実施形態に係る露光方法は、第１レティクルを複数個のスロットを持つレティクル保管部材に移送させる段階と、前記第１レティクルを前記複数個のスロットのうちのいずれか一つのスロットからレティクルステージに移送させる段階と、前記レティクルステージで前記第１レティクルを使って露光工程を進行する段階と、前記レティクルステージで前記第１レティクルの飽和温度を測定する段階と、前記複数個のスロットのうちのいずれか一つの温度を前記第１レティクルの飽和温度で制御する段階と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、露光設備内に設置されるレティクルライブラリはそれぞれレティクル別に温度を制御することができ、またレティクルステージでもレティクルの温度変化を直接測定してレティクルを飽和温度に常時制御することができる。よって、特定のレティクルがレティクルライブラリとレティクルステージのいずれでも同一温度下に置かれるようにして温度差によるレティクルの熱的変形をあらかじめ防止することができるようになり、結局には露光工程の均一性あるいは安全性を得ることができるという効果がある。

以下では、本発明に係る露光設備及び露光方法を添付の図を参照して詳細に説明する。従来技術と比べた本発明の利点は添付の図を参照した詳細な説明と特許請求範囲を通じて明白になるであろう。特に、本発明は特許請求の範囲で明確に指摘され明白に請求される。しかし、本発明は添付の図とともに次の詳細な説明を参照することで最適に理解することができる。図において、同一の参照符号は多様な図を通じて同一の構成要素を示す。

（実施形態）
図３は本発明の実施形態に係るレティクルの熱的変形を防止することができる露光設備を示す構成図である。

図３を参照すれば、本実施形態の露光設備１００はウェーハに対して特定のパターンを転写するためのレティクルが置かれてウェーハに対して露光工程が進行されるレティクルステージ１３０を含む。このレティクルステージ１３０にレティクルを供給するための、例えば、ＳＭＩＦボックス２００が露光設備１００の外に設置される。このＳＭＩＦボックス２００からレティクルステージ１３０へレティクルを移送する場合、レティクルが露光設備１００内で一時的に待機する場所を提供するユニット、いわゆる、内部のレティクルライブラリ１１０が露光設備１００内に含まれる。レティクルは第１ロボット１５０のような移送ユニットによってＳＭＩＦボックス２００から露光設備１００内部のレティクルライブラリ１１０へ移送される。そして、レティクルライブラリ１１０へ移送されたレティクルは第２ロボット１６０によってレティクルステージ１３０へ移送される。露光設備１００はレティクルをレティクルステージ１３０へローディングする前にレティクルを一定温度にセッティングさせることができるように温度可変機能を持つ予備セッティングユニット１２０を含んでいる。

レティクルライブラリ１１０とレティクルステージ１３０は温度制御部１４０により特定温度に設定される。温度制御部１４０を設けたのは、特定のレティクルがレティクルライブラリ１１０からレティクルステージ１３０へ移送される場合、レティクルライブラリ１１０内の温度とレティクルステージ１３０内の温度が同一、またはほぼ差異がないようにすることで、この特定のレティクルが温度差により影響を受けないようにするためである。一方、温度制御部１４０はレティクルライブラリ１１０とレティクルステージ１３０の全部に連結されて、それぞれ１１０レティクルライブラリ、レティクルステージ１３０を温度制御することができる。これとは別に、レティクルライブラリ１１０とレティクルステージ１３０別に温度制御部も設置されており、これらの温度制御部は露光設備１００の全体を制御する中央制御部（図示しない）により制御されて、レティクルライブラリ１１０とレティクルステージ１３０の温度を制御することができる。なお、レティクルライブラリ１１０、予備セッティングユニット１２０および温度制御部１４０は、レティクル保管部材を構成する。

図４は本実施形態の露光設備においてレティクルライブラリを示す構成図である。

図４を参照すれば、本実施形態のレティクルライブラリ１１０は上述のように露光設備１００内に設置され、レティクル別に温度をそれぞれ制御することができる構造になっている。具体的に、レティクルライブラリ１１０はレティクルがそれぞれ保管されるスロット１１２、１１４、１１６、１１８を持っている。これらそれぞれのスロット１１２〜１１８は独立的に温度制御が可能で、制御された温度が維持される。スロット１１２〜１１８には温度可変素子１１２ａ〜１１８ａがそれぞれ設置されている。各スロット１１２〜１１８にはスロット１１２〜１１８の温度を測定することができる温度センサ１１２ｂ〜１１８ｂが設置されている。これら温度可変素子１１２ａ〜１１８ａと温度センサ１１２ｂ〜１１８ｂは温度制御部１４０に連結されており、スロット１１２〜１１８別にそれぞれ異なる温度に設定することができる。温度可変素子１１２ａ〜１１８ａは加熱と冷却が可能な半導体素子、例えば熱電（ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）半導体素子を使用することができる。

図５は本実施形態のレティクルライブラリのスロット構造の例を示す断面図である。

図５を参照すれば、レティクルライブラリ１１０のいずれか一つのスロット１１２にはスロット１１２内の温度を上昇及び下降させることができる機能を持つ熱電半導体素子で構成された温度可変素子１１２ａと、スロット１１２の温度を測定することができる第２温度センサとして機能する温度センサ１１２ｂが配置されている。この温度可変素子１１２ａと温度センサ１１２ｂは温度制御部１４０によって制御される。もし、温度センサ１１２ｂがスロット１１２の温度が設定された温度から逸脱したことを感知すれば、温度可変素子１１２ａが動作してスロット１１２の温度を上昇または下降させる。スロット１１２の構造は他のスロット１１４〜１１８にも同一に適用される。

図６は本実施形態の露光設備におけるレティクルステージを示す構成図である。

図６を参照すれば、本実施形態のレティクルステージ１３０にはウェーハに特定のパターンを転写するレティクル１３５が置かれ、ウェーハにレティクル１３５のパターンが記刻まれるように特定の光を発する露光源１３４が設置されている。ここで、レティクル１３５は露光源１３４から特定の光を受けて所定の熱量を吸収して、結局は飽和温度に至る。飽和温度とは、レティクルの熱的変形に至る温度と定義される。レティクルステージ１３０には第２センサとして、または第１温度センサとして機能するレティクル温度センサ１３８が含まれる。このレティクル温度センサ１３８は露光工程進行中レティクル１３５の温度をリアルタイムで測定してレティクル１３５の飽和温度を計算による類推方式ではなく直接的に測定する。レティクル温度センサ１３８はレティクル３００との接触式または非接触式構造を持つことができる。レティクル温度センサ１３８はレティクルアラインの時、レティクル３００の温度を測定する。そして、レティクルステージ１３０には（気体または液体）を噴射する流体噴射部としてのホットエア噴射部１３２と、ホットエア量測定センサ１３６がさらに含まれる。ホットエア噴射部１３２はたとえばホットエアのような気体を噴射してレティクルステージ１３０の温度を制御する。第１センサとしてまたは第３センサとして機能するホットエア量測定センサ１３６はホットエア噴射部１３２から噴射される流体（ホットエア）の流量を測定する。流体はエアや窒素や不活性ガスまたはこれらを混合したガスを使用することができる。ホットエア噴射部１３２はレティクルステージ１３０を加熱するか、冷却させるように構成される。

ホットエア量測定センサ１３６及びレティクル温度センサ１３８も温度制御部１４０に連結されている。温度制御部１４０はホットエア量測定センサ１３６とレティクル温度センサ１３８によって測定された温度が伝達されて各スロット１１２〜１１８の温度が所望する温度に維持されるようにする。

図７は本実施形態のレティクルステージの例を示した断面図である。

図７を参照すれば、レティクルステージ１３０は実質的に露光工程が進行される場所として、露光工程に必要な露光源１３４、レティクル１３５及びレンズ１３７、そしてレティクル１３５のパターンが転写される基板の一例としてウェーハが配置されている。上述のようにレティクルステージ１３０にはホットエア噴射部（図６の１３２）から流体が噴射される。レティクルステージ１３０には提供される流体の流量を測定するホットエア量測定センサ１３６と、レティクル１３５の温度を測定するレティクル温度センサ１３８が配置される。ホットエア量測定センサ１３６は提供される流体の流量を測定してホットエア噴射部１３２が噴射する流体の流量を調節することによって、レティクル１３５の温度を所望するレベルに維持するようにする。図３に示したように、温度可変機能を持つ予備セッティングユニット１２０が露光設備１００にさらに含まれることができる。よって、レティクルがレティクルステージ１３０にローディングされる前にレティクルの温度をセッティングして制御することができる。

上述の本実施形態の露光設備１００の構成を進行ステップとレティクル位置及び温度補正機能を基準にして構成すれば、下記の表１の通りである。

図３乃至図７を参照すれば、上記のように構成された露光設備１００の動作は次のとおりである。以下では、本発明に対する明確な説明のために第１レティクル１３５ａと第２レティクル１３５ｂが使われる。

第１レティクル１３５ａは第１ロボット１５０によってＳＭＩＦボックス２００から露光設備１００内部のレティクルライブラリ１１０の各スロット１１２〜１１８のうちのいずれか一つに移送される。各スロット１１２〜１１８の温度がそれぞれ異なることがあるため、スロット１１２〜１１８のいずれか一つに保管されるレティクルの温度もそれぞれ異なることがある。スロット１１２〜１１８の温度は特定のスロット１１２〜１１８に保管されるレティクル１３５の飽和温度として設定される。

スロット１１２〜１１８のうちのいずれか一つに保管された第１レティクル１３５ａは第２ロボット１６０によりレティクルステージ１３０に移送される。第１レティクル１３５ａの温度は直接的にそして連続的に測定されて、露光工程の時、第１レティクル１３５ａが吸収する熱量により飽和温度が測定される。よって、例えば、第１レティクル１３５ａが保管されるレティクルライブラリ１１０の第１スロット１１２は第１レティクル１３５ａの飽和温度として設定される。第１レティクル１３５ａが他のスロット、たとえば第２スロット１１４に保管されると仮定すれば、第２スロット１１４の温度は第１レティクル１３５ａの飽和温度として設定される。各スロット１１２〜１１８は保管されるレティクル１３５が再使用されるため、レティクル１３５の飽和温度として設定される。第１レティクル１３５ａがレティクルステージ１３０に置かれる時、第１レティクル１３５ａとレティクルステージ１３０との間の温度変化はなく、第１レティクル１３５ａの熱的変形は減少、または除去される。

レティクルのオープン比、レティクルの材質、及び露光ドーズ（ｄｏｓｅ）などの変化に従ってレティクル１３５が露光源１３４から吸収する熱量に差が生じる。すなわち、第２レティクル１３５ｂの飽和温度は第１レティクル１３５ａの飽和温度と異なることがある。したがって、第２レティクル１３５ｂを使って露光工程を進行する場合、第２レティクル１３５ｂの飽和温度と同じく第２レティクル１３５ｂが保管される第２スロット１１４の温度を第２レティクル１３５ｂの飽和温度として設定して、レティクルステージ１３０の温度もホットエア噴射部１３２から噴射される流体の流量を適切に調節して第２レティクル１３５ｂの飽和温度として設定する。第２スロット１１４の温度は第２温度センサ１１４ｂにより測定された温度に基づいて第２温度可変素子１１４ａによって設定される。レティクルステージ１３０内の第２レティクル１３５ｂの温度はレティクル温度センサ１３８により感知される。レティクルステージ１３０の温度が第２レティクル１３５ｂの飽和温度から外れる場合、ホットエア噴射部１３２が噴射される流体の流量を調節してレティクルステージ１３０の温度が第２レティクル１３５ｂの飽和温度に維持されるようにする。流体の流量感知はホットエア量測定センサ１３６が担当する。

以上の詳細な説明は本発明を例示するものである。また上述の内容は本発明の望ましい実施形態を示して説明したに過ぎず、本発明は多様な他の組み合わせ、変更及び環境で使うことができる。そして、本明細書に開示された発明の概念の範囲、著わした開示内容と均等な範囲及び／または当業界の技術または知識の範囲内で変更または修正が可能である。上述の実施形態は本発明の実施のため最善の状態を説明するためのものであり、本発明のような他の発明を利用するのに当業界で知られた他の状態への実施、そして発明の具体的な適用分野及び用途で要求される多様な変更も可能である。よって、以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図ではない。また請求範囲は他の実施形態も含むものと解釈されなければならない。

本発明は、半導体の製造装置に利用可能である。

従来技術に係る露光設備を利用して露光工程を進行した場合のレティクルの変形程度を示すグラフである。 従来技術に係る露光設備を利用して露光工程を進行した場合のレティクルの変形程度を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る露光設備を示す構成図である。 本発明の実施形態に係る露光設備におけるレティクルライブラリを示す構成図である。 本発明の実施形態に係る露光設備におけるレティクルライブラリを示す断面図である。 本発明の実施形態に係る露光設備におけるレティクルステージを示す構成図である。 本発明の実施形態に係る露光設備におけるレティクルステージを示す断面図である。

符号の説明

１００ 露光設備、
１１０ レティクルライブラリ、
１１２、１１４、１１６、１１８ スロット、
１１２ａ、１１４ａ、１１６ａ、１１８ａ 温度可変素子、
１１２ｂ、１１４ｂ、１１６ｂ、１１８ｂ 温度センサ、
１２０ 予備セッティングユニット、
１３０ レティクルステージ、
１３２ ホットエア噴射部、
１３４ 露光源、
１３５ レティクル、
１３６ ホットエア量測定センサ、
１３７ レンズ、
１３８ レティクル温度測定センサ、
１４０ 温度制御部、
１５０、１６０ ロボット、
２００ ＳＭＩＦボックス。

Claims (20)

1. レティクルを保管する複数個のスロットを含み、前記複数個のスロットのそれぞれの温度を測定して制御するレティクル保管部材と、
   前記レティクルのパターンを基板に転写するレティクルステージと、
   を含むことを特徴とする露光設備。
2. 前記複数個のスロットのそれぞれは加熱と冷却が可能な温度可変素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の露光設備。
3. 前記温度可変素子は熱電半導体素子を含むことを特徴とする請求項２に記載の露光設備。
4. 前記複数個のスロットのそれぞれは前記スロットのそれぞれの温度を感知するセンサを含むことを特徴とする請求項１に記載の露光設備。
5. 前記レティクルステージは、
   前記レティクルステージへ流体を吹き入れる流体噴射部と、
   前記流体噴射部から出る流体の流量を測定する第１センサと、
   前記レティクルの温度を測定する第２センサと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の露光設備。
6. 前記流体は加熱されたエア、加熱された窒素、加熱された不活性ガス、及びこれらの調合のうちで選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項５に記載の露光設備。
7. 前記レティクル保管部材と前記レティクルステージと組み合わせて、前記複数個のスロットのそれぞれと前記レティクルステージの温度を制御する温度制御部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の露光設備。
8. 前記レティクルを前記複数個のスロットのうちのいずれか一つへ移送させる第１ロボットと、
   前記レティクルを前記複数個のスロットのうちのいずれか一つから前記レティクルステージへ移送させる第２ロボットと、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の露光設備。
9. 前記レティクルが前記レティクルステージへ移送される以前に前記レティクルの温度をセッティングさせる予備セッティングユニットをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の露光設備。
10. レティクルを保管する複数個のスロットを含み、前記複数個のスロットのそれぞれの温度を測定して制御するレティクルライブラリと、
    露光工程で前記レティクルのパターンを基板に転写させる光を発する露光源と、前記露光工程の時、前記レティクルの温度を測定する第１温度センサが具備されているレティクルステージと、
    前記複数個のスロットのそれぞれの温度を独立的に制御する温度制御部とを含むことを特徴とする露光設備。
11. 前記複数個のスロットのそれぞれは、前記スロットを加熱、または冷却させる熱電半導体素子を含むことを特徴とする請求項１０に記載の露光設備。
12. 前記複数個のスロットのそれぞれは各スロット内の温度を測定する第２温度センサを含むことを特徴とする請求項１０に記載の露光設備。
13. 前記レティクルステージを所望する温度に維持されるようにする温度調節用流体を噴射する流体噴射部をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の露光設備。
14. 前記温度調節用流体の流量を測定する第３センサをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の露光設備。
15. 前記温度調節用流体は加熱されたエア、加熱された窒素、加熱された不活性ガス、及びこれらの調合のうちで選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項１３に記載の露光設備。
16. 前記レティクルを前記複数個のスロットのうちのいずれか一つへ移送させる第１ロボットと、
    前記レティクルを前記複数個のスロットのうちのいずれか一つから前記レティクルステージへ移送させる第２ロボットと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の露光設備。
17. 第１レティクルを複数個のスロットを持つレティクル保管部材へ移送させる段階と、
    前記第１レティクルを前記複数個のスロットのうちのいずれか一つのスロットからレティクルステージへ移送させる段階と、
    前記レティクルステージで前記第１レティクルを使って露光工程を進行する段階と、
    前記レティクルステージで前記第１レティクルの飽和温度を測定する段階と、
    前記複数個のスロットのうちのいずれか一つの温度を前記第１レティクルの飽和温度で制御する段階と、
    を含むことを特徴とする露光方法。
18. 第２レティクルを前記複数個のスロットのうちのいずれか一つから前記レティクルステージへ移送させる段階と、
    前記レティクルステージで前記第２レティクルを使って露光工程を進行する段階と、
    前記レティクルステージで前記第２レティクルの飽和温度を測定する段階と、
    前記複数個のスロットのうちのいずれか一つを前記第２レティクルの飽和温度で制御する段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の露光方法。
19. 流体を噴射して前記レティクルステージの温度を所望する温度に制御する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の露光方法。
20. 前記流体は、加熱されたエア、加熱された窒素、加熱された不活性ガス、及びこれらの調合のうちで選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項１９に記載の露光方法。

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