JP3394158B2 - Magnification correction device and magnification correction method - Google Patents

Magnification correction device and magnification correction method

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JP3394158B2
JP3394158B2 JP16418897A JP16418897A JP3394158B2 JP 3394158 B2 JP3394158 B2 JP 3394158B2 JP 16418897 A JP16418897 A JP 16418897A JP 16418897 A JP16418897 A JP 16418897A JP 3394158 B2 JP3394158 B2 JP 3394158B2
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子形成時
に原パタンをウエハ上に転写形成する露光装置に用いら
れる倍率補正装置および倍率補正方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnification correction apparatus and a magnification correction method used in an exposure apparatus for transferring and forming an original pattern on a wafer when forming a semiconductor element.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子は、紫外線あるいは波長の短
いエキシマレーザを用いて原画であるマスクパタンを縮
小転写して形成する。また、最近では、さらに波長の短
いX線を用いた1対1の近接露光がなされ、0.2μm
以下の微細なパタンが形成されている。パタンの微細化
とともに、露光すべきウエハ上に予め形成された下地パ
タンとマスクパタンとの位置を正確に合わせる必要があ
る。この下地パタンとマスクパタンとの位置合わせは、
両者に位置検出用に書かれたマークを検出し、ウエハと
マスクの位置をアライメントすることにより行う。実際
の露光ではアライメントが正確であっても、この下地パ
タンとマスクパタンとの間に何らかの要因により重ね合
せ誤差が生じてしまう。こうした重ね合せ誤差を生じる
主な原因として、次の2点が上げられる。(1)半導体
処理プロセスを経てきたウエハが伸縮し、ウエハ上のチ
ップサイズが異なる。(2)転写時の光学系の歪みによ
り倍率が異なる。
2. Description of the Related Art A semiconductor device is formed by reducing and transferring a mask pattern as an original image by using an excimer laser having an ultraviolet ray or a short wavelength. In addition, recently, one-to-one proximity exposure using X-rays with a shorter wavelength has been performed, and 0.2 μm
The following fine patterns are formed. With the miniaturization of the pattern, it is necessary to accurately align the positions of the base pattern and the mask pattern, which are previously formed on the wafer to be exposed, with each other. The alignment between the base pattern and the mask pattern is
This is done by detecting marks written for position detection on both, and aligning the positions of the wafer and the mask. Even if the alignment is accurate in the actual exposure, an overlay error will occur between the base pattern and the mask pattern due to some factor. The following two points are listed as the main causes of such an overlay error. (1) The wafer that has undergone the semiconductor processing process expands and contracts, and the chip size on the wafer differs. (2) The magnification varies depending on the distortion of the optical system during transfer.

【0003】本発明は、こうしたパタン転写時のパタン
位置ずれを極力小さくすることを狙いとしたもので、半
導体露光装置の重ね合せ向上のための手法に関わる。
The present invention is intended to minimize the pattern position deviation at the time of pattern transfer, and relates to a technique for improving overlay of a semiconductor exposure apparatus.

【0004】一般に、露光装置で倍率を補正する方法と
して、縮小投影露光では、投影レンズの倍率を変化さ
せ、投影されるパタンの寸法を制御する方法が取られて
いる。この実現方法には、投影レンズのレンズ距離を変
える場合と投影レンズ機構の内部圧力を変えるなどが採
られている。
In general, as a method of correcting the magnification in the exposure apparatus, in the reduction projection exposure, a method of changing the magnification of the projection lens to control the size of the projected pattern is adopted. This is achieved by changing the lens distance of the projection lens and changing the internal pressure of the projection lens mechanism.

【0005】また、1対1の転写を行うX線露光装置で
は、次の4種類の方法が提案されている。 (a)X線マスクパタンの製造工程で補正する方法 (b)照射X線に広がりがあるためマスク、ウエハ間ギ
ャップの変化により生じる転写パタンの位置シフトを利
用する方法 (c)露光時のX線マスクに引張力または圧縮力を加え
て撓みを発生させ、寸法を補正する方法 (d)マスクとウエハの温度を制御して寸法補正を行う
方法(特願平7−217272号)
Further, the following four types of methods have been proposed for an X-ray exposure apparatus that performs one-to-one transfer. (A) Method of correcting in the manufacturing process of X-ray mask pattern (b) Method of utilizing position shift of transfer pattern caused by change in gap between mask and wafer due to spread of irradiated X-rays (c) X at exposure A method for correcting the dimension by applying a tensile force or a compressive force to the linear mask to cause the deflection (d) A method for controlling the temperature of the mask and the wafer to perform the dimension correction (Japanese Patent Application No. 7-217272).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】縮小投影露光で、レン
ズ系の倍率を変えることは、同時に焦点距離を変えるこ
とになり、微細パタンを形成する上で焦点距離がますま
す厳しくなっている現在の露光トレンドからは、ますま
す難しい方法となっている。
[Problems to be Solved by the Invention] In reduction projection exposure, changing the magnification of the lens system also changes the focal length, which is becoming more and more severe in forming fine patterns. Exposure trends are becoming increasingly difficult.

【0007】一方、等倍露光方法では、上記方法(a)
〜(d)のそれぞれに次のような問題点がある。 (a)による方法は、マスクを倍率が異なるたびに作り
なおすことになり、経済的に不利である。 (b)による方法は、マスクとウエハの近接ギャップを
正確に合わせる必要があり、ギャップ形成のために複雑
な機構が必要となる。また、最近では、シンクロトロン
放射光を光源としたX線露光が行われ、照射X線の広が
りは小さく、ギャップ制御によりパタン位置を制御させ
ることは難しい。 (c)による方法は、原パタンであるマスクに外力を加
えることにより、マスクに面内歪みを発生せしめ、パタ
ンの位置を補正する方法が提案されている(SPlE Vo1.2
437/p140〜p150)。
On the other hand, in the equal-magnification exposure method, the above method (a)
Each of (d) to (d) has the following problems. The method according to (a) is economically disadvantageous because the mask is remade every time the magnification is different. In the method according to (b), it is necessary to accurately match the proximity gap between the mask and the wafer, and a complicated mechanism is required for forming the gap. Further, recently, X-ray exposure using synchrotron radiation light as a light source has been performed, the spread of irradiated X-rays is small, and it is difficult to control the pattern position by gap control. The method according to (c) has been proposed in which an external force is applied to the mask, which is the original pattern, to cause in-plane distortion in the mask and the pattern position is corrected (SPlE Vo1.2.
437 / p140-p150).

【0008】これを図4を用いて説明すると、11はマ
スク、12はマスクフレーム、13,14,15,16
はマスク11を歪ませるため、マスクフレーム12に与
える強制力である。この強制力は、実験上は4本のねじ
により与えている。このような方法により、マスク11
を強制的に撓ませ、パタンの原画であるマスクパタンを
歪ませることにより、寸法制御をする方法である。計算
によれば、10ppm程度の倍率補正が可能であるとし
ている。
This will be described with reference to FIG. 4. 11 is a mask, 12 is a mask frame, 13, 14, 15, 16
Is a forcing force applied to the mask frame 12 to distort the mask 11. This force is experimentally given by four screws. By such a method, the mask 11
Is forcibly bent to distort the mask pattern, which is the original image of the pattern, to control the dimensions. According to the calculation, magnification correction of about 10 ppm is possible.

【0009】しかし、このような倍率補正機構をマスク
保持機構に実装するには、保持機構の強度が必要にな
り、また、力を加えるための複雑な機構が必要となる。
さらに、マスクのもつ内部応力はマスク毎に異なるた
め、異なるマスク間で正確な倍率補正をするには、マス
ク毎に加える力を変えることになり、正確な倍率補正を
することは非常に困難である。
However, in order to mount such a magnification correction mechanism on the mask holding mechanism, the strength of the holding mechanism is required and a complicated mechanism for applying a force is required.
Furthermore, since the internal stress of the mask differs from mask to mask, in order to perform accurate magnification correction between different masks, the force applied to each mask must be changed, and accurate magnification correction is extremely difficult. is there.

【0010】上記(d)による方法は、露光中にマスク
とウエハの相対的な倍率を測定し、マスクとウェハのそ
れぞれの温度を制御し、相対寸法誤差を補正する方法で
ある。この前提として、マスクとウエハの温度が別々に
設定可能であることがある。しかしながら、マスクとウ
エハは30μm以下の近接ギャップで接しており、マス
クとウエハが対向した時点で両者の温度は同一温度にな
ろうとし、実際はマスクとウエハ間で温度差を与えるこ
とは困難である。このため、マスクとウエハの温度が同
一になっても寸法制御が可能な機構および方法が求めら
れる。さらに、露光時に温度が異なることにより、マス
クとウエハの相対位置を検出するアライメント検出精度
にも影響を与え、アライメント誤差の要因となるなどの
問題がある。
The method (d) is a method of measuring the relative magnification between the mask and the wafer during exposure, controlling the temperatures of the mask and the wafer, and correcting the relative dimensional error. As a premise of this, there are cases in which the temperatures of the mask and the wafer can be set separately. However, the mask and the wafer are in contact with each other with a proximity gap of 30 μm or less, and when the mask and the wafer face each other, the temperatures of the two tend to be the same temperature, and it is actually difficult to give a temperature difference between the mask and the wafer. . Therefore, there is a demand for a mechanism and method that can control the dimensions even when the temperature of the mask and that of the wafer are the same. Further, the difference in temperature during exposure also affects the alignment detection accuracy for detecting the relative position between the mask and the wafer, which causes an alignment error.

【0011】以上述べたように従来の方法では、縮小投
影露光では、倍率補正のためにレンズの焦点距離が異な
り、これを補正するためのレンズ機構を設けるなど、投
影光学系の構造が非常に複雑になるという問題があっ
た。また、1対1の転写においては、マスクに力を加え
るため、本来の原パタンの位置精度が崩れてしまうとい
う問題があった。また、マスク保持機構の構造が複雑に
なるなどの問題があった、
As described above, according to the conventional method, in the reduction projection exposure, the focal length of the lens is different for the purpose of magnification correction, and the structure of the projection optical system has a very large structure such as a lens mechanism for correcting this. There was a problem that it became complicated. Further, in the one-to-one transfer, since the force is applied to the mask, the original positional accuracy of the original pattern is deteriorated. In addition, there is a problem that the structure of the mask holding mechanism becomes complicated,

【0012】本発明は、前述した従来の問題を解決する
ためになされたものであり、その目的とするところは、
原画であるマスクパタンとウエハ上のパタンとで簡単な
機構で経済的かつ高精度に倍率補正することにより、重
ね合せ精度を向上させるようにした倍率補正装置および
倍率補正方法を提供することにある。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to:
An object of the present invention is to provide a magnification correction device and a magnification correction method that improve overlay accuracy by performing magnification correction with high precision economically and accurately with a mask pattern that is an original image and a pattern on a wafer. .

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る倍率補正装置は、基板を保持し固定する
ためのチャック機構と、このチャック機構および前記基
板の温度を制御して両者あるいは片方を膨張収縮させる
温度制御機構とを備え、前記チャック機構を前記基板と
線膨張係数が異なる材料で形成し、前記温度制御機構
が、加熱素子と冷却素子を埋め込んだ温度制御機構で、
前記加熱素子および冷却素子を四角形の露光チップの対
角方向と各辺の直角方向にそれぞれ配置し、対角方向と
直角方向で温度勾配をもたせたことを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, a magnification correction apparatus according to the present invention comprises a chuck mechanism for holding and fixing a substrate, and a chuck mechanism for controlling the temperature of the chuck mechanism and the substrate. Alternatively, a temperature control mechanism for expanding and contracting one of the two is provided, and the chuck mechanism is formed of a material having a linear expansion coefficient different from that of the substrate.
However, it is a temperature control mechanism with embedded heating and cooling elements,
The heating element and the cooling element are formed as a pair of square exposure chips.
Place in the diagonal direction and in the direction perpendicular to each side, and
It is characterized by having a temperature gradient in the perpendicular direction .

【0014】また、本発明に係る倍率補正方法は、基板
を保持し固定するためのチャック機構と、このチャック
機構および前記基板の温度を制御して両者あるいは片方
を膨張収縮させる温度制御機構とを備え、前記チャック
機構を前記基板と線膨張係数が異なる材料で形成してな
倍率補正装置を用いた倍率補正方法において、基板と
チャック機構を加熱または冷却して温度制御した後、チ
ャック機構で基板を保持し、その後基板とチャック機構
の温度を所定の温度にして熱応力を発生させることによ
り基板の寸法を制御することを特徴とする。また、本発
明に係る倍率補正方法は、基板を保持し固定するための
チャック機構と、このチャック機構および前記基板の温
度を制御して両者あるいは片方を膨張収縮させる温度制
御機構とを備え、前記チャック機構を前記基板と線膨張
係数が異なる材料で形成してなる倍率補正装置を用いた
倍率補正方法において、基板を加熱または冷却して温度
制御した後チャック機構に搭載し、基板から伝達した熱
によりチャック機構の寸法が拡大または縮小した時点で
基板をそのチャック機構で保持し、その後基板とチャッ
ク機構の温度を所定の温度にして熱応力を発生させるこ
とにより基板の寸法を制御することを特徴とする。さら
に、本発明にかかる倍率補正方法は、倍率補正を転写装
置外で予め行った後、基板をチャック機構ごと転写装置
に装填することを特徴とする。
Further, the magnification correction method according to the present invention is a substrate
Chuck mechanism for holding and fixing
Either or both by controlling the temperature of the mechanism and the substrate
And a temperature control mechanism for expanding and contracting the chuck,
The mechanism must be made of a material whose coefficient of linear expansion is different from that of the substrate.
In the magnification correction method using the magnification correction device, the substrate and the chuck mechanism are heated or cooled to control the temperature, and then the substrate is held by the chuck mechanism. Is generated to control the size of the substrate. Further, the magnification correction method according to the present invention is for holding and fixing a substrate.
The chuck mechanism and the temperature of the chuck mechanism and the substrate.
Temperature control that expands and contracts both or one by controlling the temperature
And a linear expansion of the chuck mechanism with the substrate.
In a magnification correction method using a magnification correction device formed of materials having different coefficients , a substrate is heated or cooled to be temperature-controlled and then mounted on a chuck mechanism, and the size of the chuck mechanism is expanded by heat transferred from the substrate. It is characterized in that the substrate is held by the chuck mechanism at the time of contraction, and then the temperature of the substrate and the chuck mechanism is set to a predetermined temperature to generate thermal stress, thereby controlling the size of the substrate. Furthermore, the magnification correction method according to the present invention is characterized in that after the magnification correction is performed outside the transfer device in advance, the substrate is loaded into the transfer device together with the chuck mechanism.

【0015】基板としては、ウエハ、半導体基板、ガラ
ス基板等が用いられる。本発明による倍率補正装置およ
び倍率補正方法では、次のような原理で倍率を補正する
ことができる。理解しやすいように、次のような仮定を
おく。ウエハとチャック機構は、チャック以前は温度変
化とともに面方向に自由に伸縮する。しかし、保持(チ
ャック)後はチャック機構とウエハは十分なカで固定さ
れ両者間で滑りはないと仮定する。すなわち、チャック
後はウェハとチャック機構の寸法は温度とともに同様に
変化する。この仮定の下に、ウエハとチャック機構の伸
縮を考える。
As the substrate, a wafer, a semiconductor substrate, a glass substrate or the like is used. The magnification correction device and the magnification correction method according to the present invention can correct the magnification based on the following principle. For ease of understanding, we make the following assumptions: Before the chuck, the wafer and the chuck mechanism freely expand and contract in the surface direction along with the temperature change. However, after holding (chucking), it is assumed that the chuck mechanism and the wafer are fixed with a sufficient force so that there is no slip between them. That is, after chucking, the dimensions of the wafer and the chucking mechanism also change with temperature. Under this assumption, expansion and contraction of the wafer and the chuck mechanism will be considered.

【0016】まず、パタンを拡大する場合を説明する。
一例として、チャック機構の線膨張係数がウエハの線膨
張係数より大きなチャック機構を用いる。ウエハとチャ
ック機構の温度を露光温度よりも高く設定しておき、所
定の温度となった時点でウエハをチャックする。ウエハ
をチャック後、ウエハとチャック機構の温度を露光温度
に戻す。すると、ウエハとチャック機構には熱応力が生
じ、ウエハは圧縮され、チャック機構は引張られる。こ
のウエハが圧縮された状態で、原パタンを露光し転写す
る。その後、チャック力を取り除き、熱応力が掛からな
い状態に戻すと、圧縮していたウエハは元に戻り、転写
されたパタンは原パタンよりも寸法が拡大される。
First, the case of expanding the pattern will be described.
As an example, a chuck mechanism whose coefficient of linear expansion of the chuck mechanism is larger than that of the wafer is used. The temperature of the wafer and the chuck mechanism is set higher than the exposure temperature, and the wafer is chucked when it reaches a predetermined temperature. After chucking the wafer, the temperature of the wafer and the chuck mechanism is returned to the exposure temperature. Then, thermal stress is generated in the wafer and the chuck mechanism, the wafer is compressed, and the chuck mechanism is pulled. With this wafer compressed, the original pattern is exposed and transferred. After that, when the chucking force is removed and the state in which the thermal stress is not applied is restored, the compressed wafer returns to its original state, and the transferred pattern has a larger size than the original pattern.

【0017】これを、図1を用いてより明確に説明す
る。同図において、1はウエハ、2はチャック機構であ
る。温度をtだけ上げるとウエハ1とチャック機構2は
破線のように自由膨張する(図中(a))。この温度で
ウエハ1をチャックし(図中(b))、温度を元に戻す
(図中(c))。チャック機構2の線膨張係数はウエハ
1のそれよりも大きいので、チャック機構2はウエハ1
よりも大きく縮み、ウエハ1はそれにつられて大きく縮
む。温度が元に戻った時点では、ウエハ1は本来の自由
状態以上に縮み、ウエハ1には熱応力が生じる。この状
態で、マスク上の原パタンをウエハ1に転写する。転写
後、チャック機構2を外し、応力を解放すると縮んでい
たウエハ1は元の大きさに戻り、転写されたパタンは拡
大する。この寸法変化は、チャック機構2の材質が均一
なら等方的に生じるため、チップの位置によらず同様に
拡大縮小可能である。
This will be described more clearly with reference to FIG. In the figure, 1 is a wafer and 2 is a chuck mechanism. When the temperature is raised by t, the wafer 1 and the chuck mechanism 2 freely expand as shown by the broken line ((a) in the figure). The wafer 1 is chucked at this temperature ((b) in the figure) and returned to the original temperature ((c) in the figure). Since the coefficient of linear expansion of the chuck mechanism 2 is larger than that of the wafer 1, the chuck mechanism 2 is
The wafer 1 shrinks more than that. When the temperature returns to the original temperature, the wafer 1 contracts beyond the original free state, and thermal stress is generated in the wafer 1. In this state, the original pattern on the mask is transferred to the wafer 1. After transfer, when the chuck mechanism 2 is removed and the stress is released, the contracted wafer 1 returns to its original size, and the transferred pattern expands. This dimensional change occurs isotropically if the material of the chuck mechanism 2 is uniform, so that it can be similarly enlarged / reduced regardless of the position of the chip.

【0018】これを、数式で説明する。ウエハ1とチャ
ック機構2の線膨張係数をそれぞれαw,αc、弾性係
数をEw,Ecとする。また、熱応力をσw,σcとす
る。いま、チャック前に温度をt上げたとすると、中心
からのRの点でのウエハ1およびチャック機構2の寸法
はαw・Rt、αc・Rtとなる。この自由変位がチャ
ック機構2により拘束されたまま、元の温度に戻った時
に、ウエハ1およびチャック機構2には熱応力が生じ
る。この熱応力は、σw・R/Ew、σc・R/Ecで
表せる。ウエハ1の変位は熱膨張による変位と熱応力に
よる変位の両者の合計で表される。チャック機構2の変
位も同様であり、また、ウエハ1の変位とチャック機構
2の変位は等しい。この変位をλとすると、 λ=αw・R・t+σw・R/Ew=αc・R+σc・
R/Ec さらに、両者に作用する力は等しいから、 σw・Sw+σc・Sc=0 ここで、Sw,Scはウエハとチャック機構の等価断面
積とする。Sw・Ew/Sc・Ec=kとおき、これを
解くと、 λ=αw−(αw−αc)/(1+k)=αc+(αw
−αc)k/(1+k)で表せる。 k<<1、すなわち、ウエハ1の弾性変形よりチャック
機構2の弾性変形が十分小さければ、 λ=αw+(αw−αc)(1−k)=αc−(αw−
αc)k(1−k) となる。すなわち、線膨張係数の差が大きければ大きい
ほど、また、弾性変形の差が大きければ大きいほど、温
度変化による変位は大きく、倍率補正が容易になること
が分かる。
This will be described using mathematical expressions. The linear expansion coefficients of the wafer 1 and the chuck mechanism 2 are αw and αc, respectively, and the elastic coefficients thereof are Ew and Ec, respectively. Further, the thermal stresses are σw and σc. If the temperature is increased by t before chucking, the dimensions of the wafer 1 and the chuck mechanism 2 at the point R from the center are αw · Rt and αc · Rt. When the free displacement is returned to the original temperature while being restrained by the chuck mechanism 2, thermal stress is generated in the wafer 1 and the chuck mechanism 2. This thermal stress can be represented by σw · R / Ew and σc · R / Ec. The displacement of the wafer 1 is represented by the total of both displacement due to thermal expansion and displacement due to thermal stress. The displacement of the chuck mechanism 2 is also the same, and the displacement of the wafer 1 and the displacement of the chuck mechanism 2 are equal. If this displacement is λ, then λ = αw · R · t + σw · R / Ew = αc · R + σc ·
R / Ec Further, since the forces acting on both are equal, σw · Sw + σc · Sc = 0, where Sw and Sc are equivalent cross-sectional areas of the wafer and the chuck mechanism. When Sw · Ew / Sc · Ec = k is set and solved, λ = αw− (αw−αc) / (1 + k) = αc + (αw
It can be expressed by −αc) k / (1 + k). k << 1, that is, if the elastic deformation of the chuck mechanism 2 is sufficiently smaller than the elastic deformation of the wafer 1, then λ = αw + (αw−αc) (1-k) = αc− (αw−
αc) k (1-k). That is, it can be understood that the larger the difference in the coefficient of linear expansion and the larger the difference in the elastic deformation, the larger the displacement due to the temperature change and the easier the magnification correction becomes.

【0019】縮小する場合には、温度を露光温度よりも
下げてチャックし、原パタンを転写すれば転写されたパ
タンは同様の原理で縮小する。
In the case of shrinking, the temperature is lowered below the exposure temperature and chucking is performed, and the original pattern is transferred, and the transferred pattern is shrunk according to the same principle.

【0020】ここでは、チャック後、ウエハ1とチャッ
ク機構2は全く滑らないと仮定したが、実際には多少滑
ったとしても、摩擦力がある限り、熱応力は生じ、これ
によってウエハ1は伸縮する。
Here, it is assumed that the wafer 1 and the chuck mechanism 2 do not slip at all after chucking. However, even if the wafer 1 slightly slips, thermal stress is generated as long as there is a frictional force, which causes the wafer 1 to expand and contract. To do.

【0021】また、チャック機構2の線膨張係数がウエ
ハ1のそれよりも大きな場合を例にとって説明したが、
逆に、チャック機構2の線膨張係数がウエハ1のそれよ
りも小さな場合にも同様に温度変化を与えて熱応力を発
生せしめ、拡大縮小を実現できる。
The case where the linear expansion coefficient of the chuck mechanism 2 is larger than that of the wafer 1 has been described as an example.
On the contrary, when the coefficient of linear expansion of the chuck mechanism 2 is smaller than that of the wafer 1, temperature change is similarly applied to generate thermal stress, and expansion / contraction can be realized.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図2は本発明に係る倍
率補正装置の断面図である。同図において、1はウエ
ハ、2はチャック機構、3はウエハ1を保持固定するた
めの真空吸着機構、4はウエハ温度を上昇下降させ温度
制御するための温度制御部(温度制御機構)、5は加熱
素子、6は冷却素子、7はウエハ1を温度制御部4から
チャック機構2に移すための移送装置、8は原パタンを
書いたマスク、9はパタンを転写するための照明光学
系、10はウエハ1を露光位置まで移動するためのステ
ージである。この例では、チャック機構2は、アルミニ
ウムなどのウエハ1よりも線膨張係数が大きな材料で構
成してある。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below in detail based on the embodiments shown in the drawings. FIG. 2 is a sectional view of a magnification correction device according to the present invention. In the figure, 1 is a wafer, 2 is a chuck mechanism, 3 is a vacuum suction mechanism for holding and fixing the wafer 1, 4 is a temperature control unit (temperature control mechanism) for raising and lowering the wafer temperature and controlling the temperature, 5 Is a heating element, 6 is a cooling element, 7 is a transfer device for transferring the wafer 1 from the temperature control unit 4 to the chuck mechanism 2, 8 is a mask on which an original pattern is written, 9 is an illumination optical system for transferring the pattern, Reference numeral 10 is a stage for moving the wafer 1 to the exposure position. In this example, the chuck mechanism 2 is made of a material such as aluminum having a larger linear expansion coefficient than the wafer 1.

【0023】このような倍率補正装置でパタンを拡大さ
せるには、ウエハ1を温度制御部4で上昇させておく。
このウエハ1を移送装置7で取り出してチャック機構2
上に載せる。ウエハ1をチャック機構2上に載せると、
チャック機構2はウエハ1から熱をもらい、その温度は
上昇し膨張する。チャック機構2が膨張した後、真空吸
着機構3を動作させ、ウエハ1をチャック機構2で保持
固定する。その後、ウエハ1およびチャック機構2の温
度は下がる。この温度の下降に伴い、ウエハ1には圧縮
の熱応力が、チャック機構2には引張りの熱応力が生じ
るため、ウエハ1は収縮し、チャック機構2は拡大す
る。温度が露光温度まで下降した時点で原パタンを転写
する。転写後、真空吸着を切ってチャック機構2による
ウエハ1の保持固定を解除すると、収縮していたウエハ
1は元の寸法に戻り、転写されたパタンは原パタンより
も拡大される。
In order to enlarge the pattern with such a magnification correction device, the temperature of the wafer 1 is raised by the temperature controller 4.
The wafer 1 is taken out by the transfer device 7 and the chuck mechanism 2
Put it on top. When the wafer 1 is placed on the chuck mechanism 2,
The chuck mechanism 2 receives heat from the wafer 1 and its temperature rises and expands. After the chuck mechanism 2 expands, the vacuum suction mechanism 3 is operated to hold and fix the wafer 1 by the chuck mechanism 2. After that, the temperatures of the wafer 1 and the chuck mechanism 2 decrease. As the temperature decreases, a compressive thermal stress is generated in the wafer 1 and a tensile thermal stress is generated in the chuck mechanism 2, so that the wafer 1 contracts and the chuck mechanism 2 expands. When the temperature drops to the exposure temperature, the original pattern is transferred. After the transfer, when the vacuum suction is cut off and the holding and fixing of the wafer 1 by the chuck mechanism 2 is released, the contracted wafer 1 returns to the original size, and the transferred pattern is expanded more than the original pattern.

【0024】ウエハ1にはシリコンの結晶を使う場合が
多いが、周期律表第3または第5族の半導体基板や液晶
用のガラス基板であっても同様に考えられる。
Although a crystal of silicon is often used for the wafer 1, a semiconductor substrate of Group 3 or 5 of the periodic table or a glass substrate for liquid crystal can be similarly considered.

【0025】チャック機構2にはアルミニウムのような
線膨張係数がウエハ1よりも大きな材料を用いるのが好
ましい。近年では、線膨張係数が大きなセラミックス材
料も入手可能となっており、そうした複合材料も利用可
能である。さらに、チャック機構2でのウエハ1の保持
固定には真空チャックを用いたが、静電力を用いた静電
チャックも使用可能である。
For the chuck mechanism 2, it is preferable to use a material such as aluminum having a coefficient of linear expansion larger than that of the wafer 1. In recent years, ceramic materials having a large linear expansion coefficient have become available, and such composite materials can also be used. Further, although a vacuum chuck is used for holding and fixing the wafer 1 by the chuck mechanism 2, an electrostatic chuck using an electrostatic force can also be used.

【0026】温度制御部4は、ウエハ1全体の温度を上
昇、下降させるため、プレートのような接触型のもので
もよく、また、炉のような雰囲気温度制御型のものでも
よい。この例では、チャック機構2に温度制御部4を搭
載せずに寸法制御を行う例を示したが、チャック機構2
に温度制御部4を設け、チャック機構2自体の温度を制
御した後ウエハ1を搭載し、チャックしてウエハ1を固
定し、露光温度まで温度変化を与えることによっても寸
法を変化させることが可能である。
The temperature control unit 4 may be a contact type such as a plate or an atmosphere temperature control type such as a furnace in order to raise or lower the temperature of the entire wafer 1. In this example, the size control is performed without mounting the temperature control unit 4 on the chuck mechanism 2, but the chuck mechanism 2
It is also possible to change the size by providing a temperature control section 4 on the wafer, mounting the wafer 1 after controlling the temperature of the chuck mechanism 2 itself, fixing the wafer 1 by chucking, and changing the temperature to the exposure temperature. Is.

【0027】さらに本方法により変形させたウエハ1の
寸法を詳細に見ると、単にウエハ1あるいはチャック機
構2の全面の温度を均一に変化させてチャックし、熱応
力を発生させて変形させる場合には、チップ形状は対角
方向に変位が小さく各辺の中点付近では変位が大きな寸
法変化となる。この問題を解決する方法として、チップ
の対角方向と各辺の中点方向とで温度勾配を設け、対角
方向に変位が大きくなるような温度制御部4とするとよ
い。具体的には、図3に示すようにチップに対して、対
角方向に加熱素子5、辺と直角方向に冷却素子6を配置
し、温度制御する構成にすれば正確な拡大縮小が可能で
ある。
Further, looking at the dimensions of the wafer 1 deformed by this method in detail, when the temperature of the entire surface of the wafer 1 or the chuck mechanism 2 is uniformly changed to perform chucking and thermal stress is generated to deform the wafer 1. In the chip shape, the displacement is small in the diagonal direction, and the displacement is large near the midpoint of each side. As a method for solving this problem, it is preferable to provide a temperature gradient between the diagonal direction of the chip and the midpoint direction of each side so that the temperature control unit 4 has a large displacement in the diagonal direction. Specifically, as shown in FIG. 3, if a heating element 5 is diagonally arranged and a cooling element 6 is arranged in a direction perpendicular to the side with respect to the chip and the temperature is controlled, accurate scaling can be performed. is there.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように本発明による倍率補
正装置および倍率補正方法によれば、露光ウエハに形成
された下地パタンの領域の大きさにより、倍率誤差が容
易に補正でき、重ね合せ精度を向上させることができ
る。さらに、露光時点の温度は、寸法を補正することに
より乱されることはなく常に一定に保つことができるの
で、温度が異なることによりアライメント誤差を生じる
ことがない。また、ウエハとチャック機構の温度を大き
く上げる必要もなく、露光温度にするために要する時間
も短くなり、処理の高速化に非常に有利である。さら
に、チャック機構とウエハの温度制御は露光装置以外の
場所で予め制御し、チヤツクしておくことによりオフラ
インで寸法を制御することが可能である。
As described above, according to the magnification correcting apparatus and the magnification correcting method of the present invention, the magnification error can be easily corrected depending on the size of the area of the base pattern formed on the exposure wafer, and the overlay accuracy can be improved. Can be improved. Further, the temperature at the time of exposure is not disturbed by the dimension correction and can be kept constant at all times, so that an alignment error does not occur due to different temperatures. Further, it is not necessary to greatly increase the temperatures of the wafer and the chuck mechanism, and the time required to reach the exposure temperature is shortened, which is very advantageous in increasing the processing speed. Further, the chuck mechanism and the temperature control of the wafer can be controlled in advance in a place other than the exposure apparatus, and the dimensions can be controlled offline by checking.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の原理を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention.

【図2】 本発明に係る倍率補正装置の一実施の形態を
示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of a magnification correction device according to the present invention.

【図3】 温度勾配を持たせるための温度制御機構を示
す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing a temperature control mechanism for providing a temperature gradient.

【図4】 従来の拡大縮小方法を説明するための図で、
(a)はウエハとチャック機構の正面図、(b)は断面
図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional scaling method,
(A) is a front view of a wafer and a chuck mechanism, (b) is a sectional view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ウエハ、2…チャック機構、3…真空吸着機構、4
…温度制御部、5…加熱素子、6…冷却素子、7…移送
装置、8…マスク、9…照明光学系、10…ステージ、
11…マスク、12…マスクフレーム、13,14,1
5,16…マスクをマスク面外から押し付けるための
力。
1 ... Wafer, 2 ... Chuck mechanism, 3 ... Vacuum suction mechanism, 4
... Temperature control part, 5 ... Heating element, 6 ... Cooling element, 7 ... Transfer device, 8 ... Mask, 9 ... Illumination optical system, 10 ... Stage,
11 ... Mask, 12 ... Mask frame, 13, 14, 1
5, 16 ... Force to push the mask from outside the mask surface.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−208942(JP,A) 特開 昭59−46030(JP,A) 特開 平7−115055(JP,A) 特開 平4−293225(JP,A) 特開 昭55−32022(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/207 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-6-208942 (JP, A) JP-A-59-46030 (JP, A) JP-A-7-115055 (JP, A) JP-A-4- 293225 (JP, A) JP-A-55-32022 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/027 G03F 7/207

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板を保持し固定するためのチャック機
構と、このチャック機構および前記基板の温度を制御し
て両者あるいは片方を膨張収縮させる温度制御機構とを
備え、前記チャック機構を前記基板と線膨張係数が異な
る材料で形成し、前記温度制御機構が、加熱素子と冷却
素子を埋め込んだ温度制御機構で、前記加熱素子および
冷却素子を四角形の露光チップの対角方向と各辺の直角
方向にそれぞれ配置し、対角方向と直角方向で温度勾配
をもたせたことを特徴とする倍率補正装置。
1. A chuck mechanism for holding and fixing a substrate, and a temperature control mechanism for controlling the temperature of the chuck mechanism and the substrate to expand or contract one or both of the chuck mechanism and the substrate. Made of materials with different linear expansion coefficients , the temperature control mechanism cools the heating element and
A temperature control mechanism having an embedded element, wherein the heating element and
Place the cooling element on the diagonal of the square exposure chip and at right angles to each side.
Temperature gradients in diagonal and perpendicular directions
Magnification correction apparatus characterized by remembering.
【請求項2】 基板を保持し固定するためのチャック機
構と、このチャック機構および前記基板の温度を制御し
て両者あるいは片方を膨張収縮させる温度制御機構とを
備え、前記チャック機構を前記基板と線膨張係数が異な
る材料で形成してなる倍率補正装置を用いた倍率補正方
法において、 基板とチャック機構を加熱または冷却して温度制御した
後、チャック機構で基板を保持し、その後基板とチャッ
ク機構の温度を所定の温度にして熱応力を発生させるこ
とにより基板の寸法を制御することを特徴とする倍率補
正方法。
2. A chuck machine for holding and fixing a substrate.
Control the temperature of the chuck mechanism and the substrate.
And a temperature control mechanism that expands and contracts both or one
And the chuck mechanism has a coefficient of linear expansion different from that of the substrate.
In a magnification correction method using a magnification correction device formed of a material , the substrate and the chuck mechanism are heated or cooled to control the temperature, the substrate is held by the chuck mechanism, and then the temperature of the substrate and the chuck mechanism is set to a predetermined value. A method for correcting magnification, which comprises controlling the size of the substrate by controlling the temperature to generate thermal stress.
【請求項3】 基板を保持し固定するためのチャック機
構と、このチャック機構および前記基板の温度を制御し
て両者あるいは片方を膨張収縮させる温度制御機構とを
備え、前記チャック機構を前記基板と線膨張係数が異な
る材料で形成してなる倍率補正装置を用いた倍率補正方
法において、 基板を加熱または冷却して温度制御した後チャック機構
に搭載し、基板から伝達した熱によりチャック機構の寸
法が拡大または縮小した時点で基板をそのチャック機構
で保持し、その後基板とチャック機構の温度を所定の温
度にして熱応力を発生させることにより基板の寸法を制
御することを特徴とする倍率補正方法。
3. A chuck machine for holding and fixing a substrate.
Control the temperature of the chuck mechanism and the substrate.
And a temperature control mechanism that expands and contracts both or one
And the chuck mechanism has a coefficient of linear expansion different from that of the substrate.
In a magnification correction method using a magnification correction device formed of a material , the substrate is heated or cooled to control the temperature and then mounted on the chuck mechanism, and the size of the chuck mechanism is expanded or reduced by the heat transferred from the substrate. A magnification correction method characterized in that the substrate is held by the chuck mechanism at a point of time, and then the temperature of the substrate and the chuck mechanism is set to a predetermined temperature to generate thermal stress to control the size of the substrate.
【請求項4】 請求項2または3記載の倍率補正方法に
おいて、 倍率補正を転写装置外で予め行った後、基板をチャック
機構ごと転写装置に装填することを特徴とする倍率補正
方法。
4. The magnification correction method according to claim 2, wherein after the magnification correction is performed outside the transfer device in advance, the substrate is loaded into the transfer device together with the chuck mechanism.
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