JP2013502063A - マスクの大きさを一定に維持するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

本願は、リソグラフィにおけるマスク面においてマスク（６）の大きさを一定に維持するための方法および装置を開示する。前記マスク（６）は、リソグラフィ中の露光により加熱される。熱的及び／又は機械的方法により、前記マスク（６）の大きさが一定に維持される。マスク面におけるマスクの大きさの変化を防止するために、更なる方法、又は、例えば空気冷却器（１７）又は空気加熱器（１７）等の更なる装置を使用することができる。

Description

本発明は、例えばシャドウキャスティング露光等のリソグラフィにおいて、マスクの大きさを一定に維持するための方法および装置に関し、特に、マスクにより生じる基板上の露光領域が熱的な誘導によりずれることを防止するためにマスクの大きさを一定に維持する方法および装置に関する。

リソグラフィにおける露光システムでは、上記のような装置の各要素の温度が臨界パラメータである。何よりも、基板及びマスクの温度は、可能な限り一定であるべきである。装置の各要素の温度が変化すると、該要素の大きさにも変化が生じる。これにより、基板の露光中にエラーが生じかねない。基板の温度は、基板支持体を通して調節、制御され得る。マスクの大きさは、基板が変えられるとき、また各露光段階間でも一定に維持されることが望ましい。しかしながら、基板の露光はマスクを加熱する。

欧州特許出願公開第０ ９４０ ７１８号明細書は、空気によりマスクを冷却することを教示する。しかしながら、空気冷却または空気加熱は、通常、マスクの温度を徐々にしか変化させない。マスクの温度が変化する速度は、マスクと空気との間の温度勾配と、空気伝導とに決定的に依存する。前記温度勾配が急であるほど、また熱流量が大きいほど、マスクの温度変化は大きくなる。しかしながら、通常のパラメータでの空気冷却は、前記温度変化ひいてはマスクの大きさの変化に対して十分に素早く反応することができない。

米国特許出願公開第２００４／００５３１６９号明細書には、極端紫外線リソグラフィで使用されるマスクにおける温度勾配を最小限に抑制するための方法が記載されており、前記マスクは、ウエハーから比較的遠く離れて配置され、前面から熱を放射する熱源により加熱され、ウエハーに背を向けてマスクの背面に接触する冷却装置により冷却される。

米国特許第６，３４２，９４１号明細書には、予め計算されたデータに基づいて露光前にマスクが熱膨張飽和点まで予め加熱される投影露光方法が記載されている。

米国特許出願公開第２００３／０１７９３５４号明細書、米国特許第５，５９３，８００号明細書および独国特許出願公開第２８ ４４ ６３８号明細書には更なる従来技術が開示されている。

上述の従来技術の問題を考慮して、本発明の目的は、露光の前後および途中、並びに特に基板の変更後にもマスクの大きさを一定に維持するための装置および方法を提供することである。更なる目的は、露光により生じ得るマスクの大きさの変化を素早く補償する１又は複数の十分に素早い補償機構を提供することである。これらの目的および更なる目的は、請求項の特徴により達成される。

これらの目的を達成するために、本発明は、次の基本的な考えから始まる。基板のリソグラフィ中におけるマスク面でのマスクの大きさは、例えばマスクの加熱または冷却などの熱の影響、及び／又は、例えばマスクの膨張または収縮などの機械的影響により、露光段階または非露光段階の間、一定に維持される。

基板を露光するための装置、特にウエハーは、露光源と、測定装置と、加熱器及び／又は冷却器とを備える。露光中、マスクは、基板上に光学構造の像を形成する。露光段階中に、基板は露光される。露光の放熱により、好ましくないことにマスクが加熱される。非露光段階中に、露光源のスイッチが切られる。測定装置は、マスクの温度及び／又は大きさを連続的に測定する。非露光段階中に、加熱器はマスクを加熱するために使用されることができ、これにより、マスクの温度ひいてはマスクの大きさが一定に維持される。これに代えて、マスク面におけるマスクの大きさは、露光段階中にマスクが冷却されることによって一定に維持されるようにしてもよい。

マスクの加熱または冷却に代えて又は加えて、マスク拡張装置および／またはマスク収縮装置が、起こり得る温度変化に関わらずマスクの大きさを一定に維持するために使用され得る。特に、マスクは露光段階中に拡張され、収縮される。

マスクを加熱するための加熱器は、別の方法で構成されてもよい。好ましくは、赤外線放射またはマイクロ波放射のスペクトル領域で作動する放射加熱器が使用される。しかしながら、放射加熱器の放射は、基板上のフォトレジストを感光させてはいけない。

このことは、放射加熱器の放射が傾斜した態様でマスクにヒットすることにより成し遂げることができ、マスクを通して伝達される熱放射は基板を通過し得る。

マスク上の放射加熱器の放射は、基板の方向においてマスク面に対して垂直であってもよい。この場合、放射加熱器の放射は、マスクにおいて完全に吸収されるか、又は、ダイヤフラム又はシャッターにより基板の手前で放射通路において遮られる必要があり、これにより、基板上のフォトレジストが放射加熱器により感光されない。

本発明の更に別の実施形態によれば、加熱器の放射の波長は、フォトレジストの感度範囲外にあり、例えば約５００ｎｍよりも長い。この場合、マスク面に垂直に放射が延びてもよく、シャッターにより遮られる必要がない。

また、マスクに接触した加熱器を使用することも可能である。直接の接触は良好な熱伝達をもたらす。空気の熱伝導特性により、マスクと加熱器との間に隙間を有する装置もあり得る。マスクの導電層を加熱可能な誘導加熱器も使用され得る。更なる可能性は超音波加熱器である。

マスクは、熱導体により加熱されてもよい。熱導体はマスクに直接取り付けられるか、又は、マスクとの熱接触がもたらされるガラスプレートに取り付けられる。熱導体により複数のヒータ回路を形成することができ、これにより、マスクの各部が異なって加熱され得る。

マスクの大きさを一定に維持するための上記方法に加えて、別の方法を単独で又は組み合わせて使用することも可能である。

露光段階中に、基板の温度が制御され得る基板支持体上に基板が置かれ、これにより、基板の大きさも制御され得る。マスクが密着露光手段の場合に基板に接触するか、又は、（近接露光手段の場合に）基板の僅かに上方に配置された場合、基板支持体により加熱及び／又は冷却されることもできる。

本発明の装置の休息期間中には、基板支持体上に基板が位置付けられない期間が比較的長くなってもよい。これらの期間中、基板支持体との直接の接触によりマスクを冷却または加熱するために、マスクとの直接の熱接触が基板支持体にもたらされてもよい。

マスクは空気により冷却または加熱され得る。マスクの温度は、マスクホルダにより制御されてもよい。好ましくは、小さな熱膨張係数しかもたないマスク材料が使用される。マスクを加熱するために、マスクの導電層が、該層内を流れる電流とともに使用されてもよい。

以下、図面に基づいて、より詳細に本発明について説明する。

加熱器によりリソグラフィ用のマスクの大きさが一定に維持される本発明に係る装置を示す概略図である。 マスクを拡張及び収縮するための装置によりリソグラフィ用のマスクの大きさが一定に維持される本発明に係る装置の別の実施形態を示す概略図である。

図１は、基板１０、特にウエハーを露光するための本発明に係る装置を示す。該装置は、光学画像システム２と偏向ミラー３とを経由してマスク６にヒットするように発光する露光源１を備える。マスク６は、リソグラフィの使用される波長に対して透過的なキャリア材料８と、例えばクロム等の非伝達構造体７とを備える。キャリア材料８は、例えば石英、ソーダ石灰またはホウケイ酸塩からなる。

投影露光の場合、マスク６と基板１０との間に配置された映写レンズ（図示せず）が、基板１０上に、及び／又は、基板１０上のフォトレジスト（図示せず）上に、前記構造体７の像を形成する。

シャドウキャスティング露光の場合、上記のような映写レンズは設けられない。むしろ、前記マスクは、基板に接触するか（密着露光）、又は、図１に概略的に示されるように、基板から僅かに間隔を空けて配置される（近接露光）。

基板１０は基板支持体１１により保持され、これにより該基板支持体に熱的に連結される。したがって、基板１０の温度ひいては大きさは、基板支持体１１を介して制御され得る。

マスク６又は基板１０の大きさは、リソグラフィにおける臨界パラメータである。これらの要素の一方または両方の大きさが変化すると、前記構造体７の間違った像が基板１０上に形成され得る。これを防止するために、マスク６及び基板１０の大きさは、略一定に維持されなければならない。基板１０の場合、このことは、基板支持体１１の温度を制御することにより容易に達成され得る。リソグラフィにおいて、露光源１の発光がマスク６をヒットする露光段階は、マスク６をヒットする露光源１の発光がない非露光段階と交互に起こる。非露光段階は、例えば、基板１０が取り換えられる期間である。露光源の発光の一部はマスク６において吸収されるため、露光段階中において、マスク６は露光源１の発光により加熱される。この加熱中において、マスク６は膨張する。続く非露光段階において、マスク６は周囲に熱を放出する。これにより、マスク６の大きさは再び低減される。特に、いわゆる「振れ（run-out）」、すなわち、続く露光サイクル中の加熱による基板１０上に形成される前記構造体の像の位置の変化は、リソグラフィのエラーを小さく維持するために例えば０．２５μｍまでに制限されるべきである。

図１に示される放射加熱器５により、マスク６の大きさは略一定に維持され得る。この目的を達成するために、マスク６の大きさの変化は、測定装置１５により測定され、制御手段１４により評価される。これに代えて、マスク６の温度変化が測定されてもよい。この場合、温度変化に基づいて、マスク６の大きさの変化が制御手段１４により算出される。制御手段１４は、露光段階と非露光段階とを通じて大きさを一定に維持するために放射加熱器５の放射を制御する。

放射加熱器の放熱は、反射ミラー４によりマスク６上へ垂直に向けられ得る。反射ミラー４が露光源１の放射通路にある場合、反射ミラー４は、各露光段階中に放射通路の外へ移動されなければならない。これに代えて、反射ミラー４は、露光源１の波長において、例えば紫外線領域において透過的であり、且つ、放射加熱器５の波長領域、例えば赤外線領域またはマイクロ波領域において反射するようにしてもよい。マスク６が放射加熱器５の放熱を完全に吸収しない場合、放射加熱器５の動作段階中にマスク６を介して伝達される放射加熱器５の放熱の一部を遮るために、マスク６と基板１０との間の放射通路においてダイヤフラム又はシャッター１２が設けられることが好ましく、これにより、この放熱部分が、基板１０上のフォトレジスト（図示せず）上で僅かにしか作用し得なくなる。

これに代えて、前記放射加熱器は、反射ミラー無しで使用されてもよい。この場合、放射加熱器自体は、非露光段階中に放射通路内へ旋回され、作動される。

放射加熱器５は、マスク６の温度を一定に維持する。この目的を達成するために、放射加熱器５の放熱は、上述のように、測定装置１５と制御手段１４とにより制御され得る。これに代えて、マスク６内における放射加熱器５の放熱の吸収力（パワー）は、マスク６内における露光源１の放熱の吸収力になるまでいったん調節されてもよい。この場合、非露光段階中においてマスク６の温度を可能な限り露光段階中と同じ温度、すなわち可能な限り一定に維持するために、放射加熱器５は、非露光段階中に上記の所定のパワーで一定に放熱する。

図１に示すように、空気加熱器および／または空気冷却器１７を追加的に使用することができる。この目的を達成するために、例えばチューブ１３からの、熱いか又は冷たいガスがマスク６を取り囲む。空気加熱器および空気冷却器１７は、一般に比較的ゆっくりとしかマスク６の温度を変化させないため、ゆっくりと変化するマスク６の温度差の埋め合わせをするために使用されることが好ましい。

図１に示される本発明の実施形態に代えて、マスク６は基板１０に直接接触されてもよい。この場合、前記構造体７の像は、基板上に直接形成される。これにより、マスク６と基板１０とは、互いに熱的に接触する。したがって、前記基板支持体１１により追加的に、マスク６の温度、ひいてはマスク６の大きさも制御することが可能になる。

マスク６の大きさを一定に維持するための異なる方法もあり、例えば、超音波加熱、マスク６が導電層を備える場合には誘導加熱または通電加熱、及び、接触または略接触の加熱器による加熱による方法がある。媒体加熱器（medium heater）が使用される場合、マスク６を冷却または加熱するためにマスク６の周囲を気体または液体が取り巻く。

接触加熱器の具体的な実施態様によれば、熱導体がマスク６上に蒸着されるか又は他の任意の方法でマスク６に取り付けられる。マスクの温度を一定に維持するために、マスク６上に蒸着されるか又は他の任意の方法でマスク６に取り付けられるセンサにより、マスク６に放射される熱エネルギーが制御されてもよい。マスク６が露光されるとき、熱導体によるマスク６への熱エネルギーの放射は低減または停止される。この目的を達成するために、実際に適用される層は、十分な紫外線透過性を有さなければならず、リソグラフィに使用される光を散乱させてはならない。

経済的な理由により、マスク６は取り換えないことが好ましい。この場合、前記熱導体と前記温度センサとがガラスプレート上に蒸着されるか又は他の任意の方法で取り付けられてもよい。これにより、前記ガラスプレートに、マスク６との熱的接触がもたらされる。

熱導体により、複数の分離したヒータ回路が形成され得る。このことは、マスク６の各部が異なるように加熱され得る利点がある。これにより、マスクは、最適なリソグラフィの結果を達成するために、より好ましく適合し得る。

非露光段階中におけるマスク６の加熱に代えて又は加えて、露光段階中にマスク６が冷却されてもよい。この目的を達成するために、冷却器に、良好な熱伝導を保証するためのマスク６との接触をもたらすことが好ましい。

露光源１の放射エネルギーの吸収によりマスク６を加熱することは、マスクの大きさの変化をもたらすだけでなく、一般に更なる調整誤差ももたらす。該更なる調整誤差は、マスク６の膨張の基準点が、（例えば真空を利用した吸着ホルダにより）マスクが保持されるマスク６の領域内の任意の点にあることから、一般に熱膨張がマスク６の中央から始まらないという事実に起因する。また、この更なる調整誤差は、露光段階および非露光段階の間にマスクの大きさを一定に維持するための本発明に係る測定により回避され得る。

図２は、本発明の別の実施形態を示す。この実施形態は、図１に示される実施形態に非常に近似しているため、ここでは両実施形態の違いのみを説明する。図２に示すように、マスク面に作用するマスク拡張装置１６及び／又はマスク収縮装置１６が、マスク周縁に、例えば可変フレームの態様で設けられる。例えば温度が変化した場合、マスク拡張装置及び／又はマスク収縮装置によりマスク面においてマスク６が膨張または収縮されることができ、これにより、マスクの大きさが一定に維持される。マスク拡張及び／又はマスク収縮装置１６は制御手段１４により制御される。マスク拡張及び／又はマスク収縮装置１６は、マスクの大きさを一定に維持するための上述した方法全てに組み合わせることができる。

Claims (27)

1. 基板（１０）、特にウエハーのシャドウキャスティングリソグラフィ等のリソグラフィ中にマスク面においてマスク（６）の大きさを一定に維持するための方法であって、
   露光段階中に露光源（１）により前記マスク（６）を露光するステップ（ａ）と、
   非露光段階中に前記マスク（６）を露光しないステップ（ｂ）と、
   前記ステップ（ａ）及び前記ステップ（ｂ）において、前記マスク（６）の温度及び／又は大きさを測定するステップ（ｃ）と、
   前記マスクの温度を一定に維持するために前記マスク（６）を前記ステップ（ｂ）において加熱し、且つ／又は、前記ステップ（ａ）において冷却するステップ（ｄ１）と、前記マスクの大きさを一定に維持するために前記マスク（６）を前記ステップ（ａ）及び／又は前記ステップ（ｂ）において収縮又は拡張するステップ（ｄ２）とのうち少なくとも一方のステップ（ｄ）と、を有する方法。
2. 基板支持体（１１）に前記マスク（６）を直接接触させることによって、又は、シャドウキャスティング露光の場合に前記基板支持体（１１）上の前記基板（１０）に対して前記マスク（６）を接触させるか又は短い距離だけ離間して配置することによって、前記マスク（６）を冷却または加熱する、請求項１に記載の方法。
3. 前記マスク（６）の冷却及び／又は加熱に、空気冷却器（１７）及び／又は空気加熱器（１７）を更に用いる、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記マスクの大きさを一定に維持するように更にマスクホルダの温度を制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 熱膨張性が小さなマスク材料を使用する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 接触加熱、略接触加熱、媒体加熱、誘導加熱、超音波加熱または放射熱による加熱器（５）により前記マスクの温度を一定に維持する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記マスク（６）上への前記放射加熱器（５）の放射が、前記基板（１０）に向かう方向である、請求項６に記載の方法。
8. 前記マスク（６）を通って伝わる前記放射加熱器（５）の放射を、前記マスク（６）と前記基板（１０）との間のシャッター（１２）により遮る、請求項７に記載の方法。
9. 前記放射加熱器（５）の放射を、前記マスク（６）で完全に吸収する、請求項７に記載の方法。
10. 前記マスクに取り付けられる熱導体により前記マスク（６）を加熱する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 熱導体を備えたガラスプレートを通して前記マスク（６）を加熱する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記マスク（６）の各部を、熱導体で形成された複数の分離したヒータ回路により異ならせて加熱する、請求項１０または１１に記載の方法。
13. 前記基板の面における前記マスク（６）の大きさの変化を低減するために基板支持体（１１）の温度により前記基板（１０）の温度を制御する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 基板（１０）、特にウエハーを露光するための装置、特にシャドウキャスティング露光するための装置であって、
    露光源（１）と、
    前記基板（１０）上に構造体の像を光学的に形成するためのマスク（６）と、
    前記マスク（６）の温度及び／又は大きさを測定するための測定装置（１５）と、を備え、
    前記マスク（６）の大きさを一定に維持するために、
    前記マスク（６）の温度を一定に維持するための加熱器（５）及び／又は冷却器と、
    前記マスクの大きさを一定に維持するためのマスク拡張装置（１６）及び／又はマスク収縮装置（１６）とのいずれか一方を更に備える装置。
15. 前記加熱器（５）は、接触加熱、略接触加熱、媒体加熱、誘導加熱、超音波加熱または放射熱の加熱器を含む、請求項１４に記載の装置。
16. 前記放射加熱器（５）は、赤外線放射またはマイクロ波放射の波長帯で作動するものである、請求項１５に記載の装置。
17. 前記マスク（６）は、前記マスク（６）を流れる電流により前記マスクを加熱するための導電層を備える、請求項１４に記載の装置。
18. 前記放射加熱器（５）の放射を選択的に遮るために前記マスク（６）と前記基板（１０）との間の放射通路内にシャッター（１２）を備える、請求項１５または１６に記載の装置。
19. 前記マスク（６）を加熱及び／又は冷却するためのマスクホルダを備える、請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の装置。
20. 前記マスク（６）を更に冷却及び／又は加熱するための空気冷却器（１７）及び／又は空気加熱器（１７）を備える、請求項１４〜１９のいずれか１項に記載の装置。
21. 前記マスク（６）は、熱膨張性が小さな材料を備える、請求項１４〜２０のいずれか１項に記載の装置。
22. 前記基板（１０）を保持するとともに加熱及び／又は冷却するための基板支持体（１１）を備える、請求項１４〜２１のいずれか１項に記載の装置。
23. リソグラフィ中に基板支持体（１１）と基板（１０）とを熱接触させることと、基板（１０）とマスク（６）とを熱接触させるか又は僅かに離間させることとにより、前記マスク（６）を加熱及び／又は冷却する手段を備える、請求項２２に記載の装置。
24. 休息期間中において基板（１０）が無い状態で、基板支持体（１１）とマスク（６）との直接接触により前記マスク（６）を冷却または加熱する手段を備える、請求項２２に記載の装置。
25. 前記マスク（６）に取り付けられた熱導体を備える、請求項１４〜２４のいずれか１項に記載の装置。
26. 前記マスク（６）に熱接触した熱導体を有するガラスプレートを備える、請求項１４〜２４のいずれか１項に記載の装置。
27. 前記マスク（６）の各部を選択的に且つ／又は異なるように加熱するための熱導体により形成される複数の分離したヒータ回路を備える、請求項２５または２６に記載の装置。

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