JP2731950B2 - 露光方法 - Google Patents
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- H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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- G03F7/707—Chucks, e.g. chucking or un-chucking operations or structural details
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- G—PHYSICS
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- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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- G03F7/70858—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
- G03F7/70866—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of mask or workpiece
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- G03F7/70866—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of mask or workpiece
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はウエハ等の基板の表裏両サイドの圧力差によ
って基板を保持して露光を行なう露光方法に関するもの
である。
って基板を保持して露光を行なう露光方法に関するもの
である。
［従来技術］ 近年、超LSIの微細化が進み、露光中のウエハの温度
上昇に伴なうウエハの伸縮を防止し、あるいはプロセス
による歪を補正するために、ウエハチャックの温度制御
を行なうことによってウエハの温度制御を行なおうとす
る提案がなされてきた。
上昇に伴なうウエハの伸縮を防止し、あるいはプロセス
による歪を補正するために、ウエハチャックの温度制御
を行なうことによってウエハの温度制御を行なおうとす
る提案がなされてきた。
例えば、第７図に示す様な構成において、排気孔12を
真空にひくことによってウエハ５を固定するように構成
されたウエハチャック６内に流路７を設け、その中に温
調された循環水を流してウエハ５の温度制御を行なうこ
とによってウエハ５の歪補正を行なう提案がされてい
る。
真空にひくことによってウエハ５を固定するように構成
されたウエハチャック６内に流路７を設け、その中に温
調された循環水を流してウエハ５の温度制御を行なうこ
とによってウエハ５の歪補正を行なう提案がされてい
る。
［発明が解決しようとする課題］ ところがＸ線露光においては、マスクとウエハは数十
μｍの距離を隔てて近接しており、マスクの温度がウエ
ハの温度に追従するためウエハの温度上昇はそのままマ
スクの熱歪を誘起することから、光露光に比べ一層厳し
いウエハの温度管理が要求されている。そしてこの場
合、第７図に示すようなウエハの裏面側を真空に引く方
式をとることは、好ましくない。なぜなら、真空に引く
ことで、ウエハからウエハチャックに熱を逃すための熱
媒体である気体がなくなるために、ウエハとウエハチャ
ック間の接触熱抵抗が増加してしまうためである。例え
ば実験では、SUS材で構成されたウエハチャックを用い
てウエハの裏面を真空に引いた場合、接触熱抵抗は102
［deg・cm2/W］であった。この値は、ウエハチャックの
温度が一定であるとしても、Ｘ線露光で100mW/cm2のエ
ネルギが投入されると、ウエハの温度は数度程度上昇す
ることを示すものである。そして、ウエハの温度上昇に
伴なってマスクの温度も上昇することから、熱歪によっ
てパターンの位置ずれが生じることになる。
μｍの距離を隔てて近接しており、マスクの温度がウエ
ハの温度に追従するためウエハの温度上昇はそのままマ
スクの熱歪を誘起することから、光露光に比べ一層厳し
いウエハの温度管理が要求されている。そしてこの場
合、第７図に示すようなウエハの裏面側を真空に引く方
式をとることは、好ましくない。なぜなら、真空に引く
ことで、ウエハからウエハチャックに熱を逃すための熱
媒体である気体がなくなるために、ウエハとウエハチャ
ック間の接触熱抵抗が増加してしまうためである。例え
ば実験では、SUS材で構成されたウエハチャックを用い
てウエハの裏面を真空に引いた場合、接触熱抵抗は102
［deg・cm2/W］であった。この値は、ウエハチャックの
温度が一定であるとしても、Ｘ線露光で100mW/cm2のエ
ネルギが投入されると、ウエハの温度は数度程度上昇す
ることを示すものである。そして、ウエハの温度上昇に
伴なってマスクの温度も上昇することから、熱歪によっ
てパターンの位置ずれが生じることになる。
本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑
み、基板保持装置において、露光等に伴う基板の温度上
昇を抑えることにある。
み、基板保持装置において、露光等に伴う基板の温度上
昇を抑えることにある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明は、所定圧力のチャ
ンバ内で微小なプロキシミティギャップを持って近接保
持したマスクとウエハを露光する露光方法であって、ウ
エハチャックに設けた減圧孔から気体を吸引することに
よりウエハを吸着保持し、ウエハと該ウエハチャックと
の間の接触熱抵抗および前記プロキシミティギャップに
よって定まるマスクの熱歪みが許容値を超えないこと、
ならびにウエハチャック上でのウエハ表裏の圧力差がウ
エハを保持できる程度であること、を両立するように前
記減圧孔内の圧力を制御する、ことを特徴とするもので
ある。
ンバ内で微小なプロキシミティギャップを持って近接保
持したマスクとウエハを露光する露光方法であって、ウ
エハチャックに設けた減圧孔から気体を吸引することに
よりウエハを吸着保持し、ウエハと該ウエハチャックと
の間の接触熱抵抗および前記プロキシミティギャップに
よって定まるマスクの熱歪みが許容値を超えないこと、
ならびにウエハチャック上でのウエハ表裏の圧力差がウ
エハを保持できる程度であること、を両立するように前
記減圧孔内の圧力を制御する、ことを特徴とするもので
ある。
ここで好ましくは、前記チャンバ内は減圧状態とさ
れ、Ｘ線によって露光を行なう。
れ、Ｘ線によって露光を行なう。
［作用］ 本発明の作用を説明するに当たり、露光中のマスクの
温度上昇について述べる。
温度上昇について述べる。
ウエハチャックの裏面が恒温循環水によって一定温度
T0に保持されている場合、露光各所での温度は第２図に
示す様になる。本図は、横軸に位置ｘを縦軸に温度をと
った。位置ｘは第３図に示す様にウエハチャックの恒温
水側を原点にとり、ウエハチャックとウエハの界面を
x1、ウエハの表側をx2、マスク基板をx3とした。第２図
に示す様にウエハとウエハチャックの界面x1で温度が不
連続になっている。これは、先に述べた接触熱抵抗によ
るものである。
T0に保持されている場合、露光各所での温度は第２図に
示す様になる。本図は、横軸に位置ｘを縦軸に温度をと
った。位置ｘは第３図に示す様にウエハチャックの恒温
水側を原点にとり、ウエハチャックとウエハの界面を
x1、ウエハの表側をx2、マスク基板をx3とした。第２図
に示す様にウエハとウエハチャックの界面x1で温度が不
連続になっている。これは、先に述べた接触熱抵抗によ
るものである。
露光中のマスクの温度上昇値ΔＴ（＝T3−T0）は式
で与えられる。
で与えられる。
ここで、tc、λｃはウエハチャックの厚さと熱伝導
率、tw、λｗはウエハの厚さと熱伝導率、ｇ、λｇはプ
ロキシミティギャップとギャップ間のガスの熱伝導率で
あり、Ｒはウエハチャックとウエハの間の接触熱抵抗で
ある。また、Qtは単位時間、単位面積当りのマスクに照
射されるＸ線強度である。温度上昇に伴なうマスクの熱
歪Δｌは線膨張係数αと露光画角２を用いて Δｌ＝ｌ・αΔＴ − で表わせる。
率、tw、λｗはウエハの厚さと熱伝導率、ｇ、λｇはプ
ロキシミティギャップとギャップ間のガスの熱伝導率で
あり、Ｒはウエハチャックとウエハの間の接触熱抵抗で
ある。また、Qtは単位時間、単位面積当りのマスクに照
射されるＸ線強度である。温度上昇に伴なうマスクの熱
歪Δｌは線膨張係数αと露光画角２を用いて Δｌ＝ｌ・αΔＴ − で表わせる。
次に、画角30mm（ｌ＝15mm）の窒化シリコン（Si
3N4）マスク（α＝2.7×10-6［1/deg］）を用いて、He
雰囲気中で、下記第１表の条件における露光での熱歪を
求める。
3N4）マスク（α＝2.7×10-6［1/deg］）を用いて、He
雰囲気中で、下記第１表の条件における露光での熱歪を
求める。
まず、従来のウエハチャックとウエハの間を真空に引
いた時の温度上昇ΔＴを第４図を用いて求める。第４図
は、Heまたは空気をウエハチャック（基板保持台）とウ
エハ間の微小空間に閉じ込めた場合の接触熱抵抗を表す
図で、横軸に微小空間の圧力を縦軸に接触熱抵抗を示し
た。ただし、この場合ウエハの表裏の圧力差を150Torr
とした。本図より、微小空間が真空の時、接触熱抵抗Ｒ
は102［Kcm2/W］であり、この値と前述の露光条件を式
に代入すると、 ΔＴ≒10deg となる。従って式より熱歪Δｌは0.81μｍになる。熱
歪許容値はアライメント精度0.06μｍの場合、0.025μ
ｍと考えられ前述の値は大巾に超えている。
いた時の温度上昇ΔＴを第４図を用いて求める。第４図
は、Heまたは空気をウエハチャック（基板保持台）とウ
エハ間の微小空間に閉じ込めた場合の接触熱抵抗を表す
図で、横軸に微小空間の圧力を縦軸に接触熱抵抗を示し
た。ただし、この場合ウエハの表裏の圧力差を150Torr
とした。本図より、微小空間が真空の時、接触熱抵抗Ｒ
は102［Kcm2/W］であり、この値と前述の露光条件を式
に代入すると、 ΔＴ≒10deg となる。従って式より熱歪Δｌは0.81μｍになる。熱
歪許容値はアライメント精度0.06μｍの場合、0.025μ
ｍと考えられ前述の値は大巾に超えている。
次に、本発明の作用について述べる。
基板の露光等に際しては、吸引手段によって減圧孔内
の気体が吸引されて基板と保持台間の微小空間の圧力は
減少し、これによって生ずる基板両サイドの圧力差によ
って基板は保持台上に吸着・保持されるが、その場合、
基板と保持台間の接触熱抵抗が所定値を保つように減圧
孔内の圧力が制御される。
の気体が吸引されて基板と保持台間の微小空間の圧力は
減少し、これによって生ずる基板両サイドの圧力差によ
って基板は保持台上に吸着・保持されるが、その場合、
基板と保持台間の接触熱抵抗が所定値を保つように減圧
孔内の圧力が制御される。
この所定値は、通常、基板の熱を排して基板の温度上
昇を防止し、これによって基板に対する正常な処理が行
なわれるような値として設定される。この接触熱抵抗の
値は、熱歪許容値Δl0と式，より、 で表わされる。表１の露光条件を式に代入すると、 Ｒ≦4.6［deg・cm2/W］ となる。第４図から接触熱抵抗が4.6［deg・cm2/W］と
なる微小空間の圧力は約50Torr以上であることがわか
る。
昇を防止し、これによって基板に対する正常な処理が行
なわれるような値として設定される。この接触熱抵抗の
値は、熱歪許容値Δl0と式，より、 で表わされる。表１の露光条件を式に代入すると、 Ｒ≦4.6［deg・cm2/W］ となる。第４図から接触熱抵抗が4.6［deg・cm2/W］と
なる微小空間の圧力は約50Torr以上であることがわか
る。
このように、本発明においては、基板の裏面と保持台
間の空間の圧力を真空にするのではなく、接触熱抵抗が
大きくなって不都合を生じない程度の圧力に保たれる
が、その圧力は、露光条件によって変化する。例えば、
第１表の露光条件のプロキシミティギャップを50μｍと
するとＲ≦1.01［deg・cm2/W］となり圧力は200Torr以
上になる。なお、基板の表裏の圧力差は基板が保持でき
る程度であることが必要であり、このために必要に応じ
て表側の圧力もウエハチャックの減圧孔内の圧力制御に
連動して、調整制御される。その圧力差はおおむね100
〜150Torr以上必要である。
間の空間の圧力を真空にするのではなく、接触熱抵抗が
大きくなって不都合を生じない程度の圧力に保たれる
が、その圧力は、露光条件によって変化する。例えば、
第１表の露光条件のプロキシミティギャップを50μｍと
するとＲ≦1.01［deg・cm2/W］となり圧力は200Torr以
上になる。なお、基板の表裏の圧力差は基板が保持でき
る程度であることが必要であり、このために必要に応じ
て表側の圧力もウエハチャックの減圧孔内の圧力制御に
連動して、調整制御される。その圧力差はおおむね100
〜150Torr以上必要である。
［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
第１図は、本発明の一実施例を示す。同図において、
１は蓄積リング等により発生したＸ線、２はBe窓、３は
Ｘ線を透過するHe等の気体で内部が満たされているチャ
ンバ、４はマスク、５はウエハ、６はウエハチャック、
７はウエハチャック６の温度を一定にするためウエハチ
ャック６内に設けられた恒温水が循環する流路である。
流路７は流出口９に接続されており、流入した恒温水は
恒温槽10に入り再び流入口８を通して流路７に戻る。こ
の循環によりウエハチャック６は一定温度に保たれる。
更に、ウエハチャック６はウエハ５を保持できる様に減
圧孔11が設けられており、減圧孔11は吸引孔12を通して
圧力計13aに接続されると同時に、ガス調節弁15a,15bを
通してそれぞれポンプ17およびHeボンベ16aに接続され
ている。更に、圧力計13aの信号はCPU20へ送られる。CP
U20からコントローラー14aに信号が送られガス調節弁15
a,15bを開閉することにより減圧孔11の圧力が所定の値
に保たれる。また、チャンバ３内のHe圧力も同様に、CP
U20の信号をうけて圧力計13b、コントローラ14b、ガス
調節弁15c、Heボンベ16bによって一定に保たれる。
１は蓄積リング等により発生したＸ線、２はBe窓、３は
Ｘ線を透過するHe等の気体で内部が満たされているチャ
ンバ、４はマスク、５はウエハ、６はウエハチャック、
７はウエハチャック６の温度を一定にするためウエハチ
ャック６内に設けられた恒温水が循環する流路である。
流路７は流出口９に接続されており、流入した恒温水は
恒温槽10に入り再び流入口８を通して流路７に戻る。こ
の循環によりウエハチャック６は一定温度に保たれる。
更に、ウエハチャック６はウエハ５を保持できる様に減
圧孔11が設けられており、減圧孔11は吸引孔12を通して
圧力計13aに接続されると同時に、ガス調節弁15a,15bを
通してそれぞれポンプ17およびHeボンベ16aに接続され
ている。更に、圧力計13aの信号はCPU20へ送られる。CP
U20からコントローラー14aに信号が送られガス調節弁15
a,15bを開閉することにより減圧孔11の圧力が所定の値
に保たれる。また、チャンバ３内のHe圧力も同様に、CP
U20の信号をうけて圧力計13b、コントローラ14b、ガス
調節弁15c、Heボンベ16bによって一定に保たれる。
上記構成において、まず、第４図に示される様なあら
かじめCPU20に入力されているデータと、前述の３式に
基づいて、CPU20にて、減圧孔11の圧力が決定される。
尚、ここで、３式においてＲを算出するために露光装置
の仕様若しくは、露光状況に基づいて、３式に必要なデ
ータをCPU20に入力しておく。この圧力はウエハ５の表
裏の圧力差とウエハチャック６の材質によって異なる。
例えば、上述の圧力差を150Torrとし、ウエハチャック
６としてSUS製のものを用いた場合、第４図から減圧孔1
1の圧力は50Torr程度と決定され、この値が保たれる様
に、ガス調節弁15a,15bが開閉される。
かじめCPU20に入力されているデータと、前述の３式に
基づいて、CPU20にて、減圧孔11の圧力が決定される。
尚、ここで、３式においてＲを算出するために露光装置
の仕様若しくは、露光状況に基づいて、３式に必要なデ
ータをCPU20に入力しておく。この圧力はウエハ５の表
裏の圧力差とウエハチャック６の材質によって異なる。
例えば、上述の圧力差を150Torrとし、ウエハチャック
６としてSUS製のものを用いた場合、第４図から減圧孔1
1の圧力は50Torr程度と決定され、この値が保たれる様
に、ガス調節弁15a,15bが開閉される。
チャンバ３内のHe圧力は、減圧孔11の圧力50Torrにウ
エハを保持するための圧力差150Torrを加えた200Torrと
決定され、減圧孔11の圧力制御と同様にしてガス調節弁
15cによって所定の圧力となる様に制御される。
エハを保持するための圧力差150Torrを加えた200Torrと
決定され、減圧孔11の圧力制御と同様にしてガス調節弁
15cによって所定の圧力となる様に制御される。
［他の実施例］ 本発明の重要点はウエハ５とウエハチャック６との間
に伝熱媒体である気体が存在することにある。
に伝熱媒体である気体が存在することにある。
従って第５図に示す様に、吸引孔12に切換え弁18とガ
ス調節弁15aおよびポンプ17を設け、ガス調節弁15aの絞
りコンダクタンスを高めることにより、減圧孔11の圧力
を所望の圧力に保ってもよい。この場合、切り換え弁18
を切り換えて減圧孔11の圧力とチャンバ３内の圧力とを
同圧にすることによってウエハを容易に取りはずすこと
が可能である。
ス調節弁15aおよびポンプ17を設け、ガス調節弁15aの絞
りコンダクタンスを高めることにより、減圧孔11の圧力
を所望の圧力に保ってもよい。この場合、切り換え弁18
を切り換えて減圧孔11の圧力とチャンバ３内の圧力とを
同圧にすることによってウエハを容易に取りはずすこと
が可能である。
また、第６図の様に、ウエハチャック６とウエハ５と
の間に炭化ケイ素の様な繊維状の物質19を介在させて、
ウエハ５の周囲からHeを吸引し、これによりウエハ５と
ウエハチャック６との間にHeを保ってもよい。
の間に炭化ケイ素の様な繊維状の物質19を介在させて、
ウエハ５の周囲からHeを吸引し、これによりウエハ５と
ウエハチャック６との間にHeを保ってもよい。
この様な構造によれば、ウエハチャック６の排気系に
特別な構造を必要とせずに、従来真空チャックに使用し
ていた真空系を用いることができる。
特別な構造を必要とせずに、従来真空チャックに使用し
ていた真空系を用いることができる。
また、チャンバ３内の圧力は、上述したような200Tor
rの減圧下にある必要はない。ウエハの表裏の圧力差
が、ウエハを保持できる程度であれば良く、大気圧ある
いはそれ以上の高圧力であってもよい。
rの減圧下にある必要はない。ウエハの表裏の圧力差
が、ウエハを保持できる程度であれば良く、大気圧ある
いはそれ以上の高圧力であってもよい。
なお、上述においては発明を露光装置に応用した例を
示したが、本発明は、この分野に限られるわけではな
く、広く一般に試料を一定温度に保ちかつ、試料の表裏
に圧力差を設け、それによって生じる吸着力を利用して
試料を保持するようなすべての装置に適用できる。
示したが、本発明は、この分野に限られるわけではな
く、広く一般に試料を一定温度に保ちかつ、試料の表裏
に圧力差を設け、それによって生じる吸着力を利用して
試料を保持するようなすべての装置に適用できる。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、基板の裏面と保
持台間の空間の圧力を真空にするのではなく、接触熱抵
抗が大きくなって不都合を生じない程度の圧力に保つよ
うにしたため、基板の温度上昇を抑えることができる。
持台間の空間の圧力を真空にするのではなく、接触熱抵
抗が大きくなって不都合を生じない程度の圧力に保つよ
うにしたため、基板の温度上昇を抑えることができる。
第１図は、本発明の一実施例を示す模式図、 第２図および第３図は、露光中の各部所の温度を示す
図、 第４図は、接触熱抵抗を示すグラフ、 第５図および第６図は、本発明の他の実施例を示す模式
図、そして 第７図は、従来例を示す模式図である。 1:X線、2:Be窓、3:チャンバ、 4:マスク、5:ウエハ、 6:ウエハチャック、7:流路、8:減圧孔、 9:流出口、10:恒温槽、11:減圧孔、 12:吸引口、13a,13b:真空計、 14a,14b:コントローラ 15a,15b,15c:ガス調節弁、 16a,16b:Heボンベ、17:ポンプ、 18:切換え弁、19:繊維状物質、 20:CPU。
図、 第４図は、接触熱抵抗を示すグラフ、 第５図および第６図は、本発明の他の実施例を示す模式
図、そして 第７図は、従来例を示す模式図である。 1:X線、2:Be窓、3:チャンバ、 4:マスク、5:ウエハ、 6:ウエハチャック、7:流路、8:減圧孔、 9:流出口、10:恒温槽、11:減圧孔、 12:吸引口、13a,13b:真空計、 14a,14b:コントローラ 15a,15b,15c:ガス調節弁、 16a,16b:Heボンベ、17:ポンプ、 18:切換え弁、19:繊維状物質、 20:CPU。
Claims (2)
- 【請求項１】所定圧力のチャンバ内で微小なプロキシミ
ティギャップを持って近接保持したマスクとウエハを露
光する露光方法であって、 ウエハチャックに設けた減圧孔から気体を吸引すること
によりウエハを吸着保持し、 ウエハと該ウエハチャックとの間の接触熱抵抗および前
記プロキシミティギャップによって定まるマスクの熱歪
みが許容値を超えないこと、ならびにウエハチャック上
でのウエハ表裏の圧力差がウエハを保持できる程度であ
ること、を両立するように前記減圧孔内の圧力を制御す
る、 ことを特徴とする露光方法。 - 【請求項２】前記チャンバ内は減圧状態とされ、Ｘ線に
よって露光を行なうことを特徴とする請求項１記載の露
光方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1179167A JP2731950B2 (ja) | 1989-07-13 | 1989-07-13 | 露光方法 |
| US07/550,989 US5093579A (en) | 1989-07-13 | 1990-07-11 | Exposure apparatus with a substrate holding mechanism |
| DE69031699T DE69031699T2 (de) | 1989-07-13 | 1990-07-11 | Verfahren zur Haltung eines Substrats |
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