JP3416418B2 - 露光方法および露光装置ならびにデバイスの製造方法 - Google Patents

露光方法および露光装置ならびにデバイスの製造方法

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JP3416418B2 JP26782496A JP26782496A JP3416418B2 JP 3416418 B2 JP3416418 B2 JP 3416418B2 JP 26782496 A JP26782496 A JP 26782496A JP 26782496 A JP26782496 A JP 26782496A JP 3416418 B2 JP3416418 B2 JP 3416418B2
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    • G03F7/708Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マスク等原版のパ
ターンをウエハ等基板に転写、焼き付けするための露光
方法および露光装置ならびにデバイスの製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体素子の高集積化に伴って、
256メガビットのDRAMのための最小線幅0.25
μmのパターン、あるいは1ギガビットのDRAMのた
めの最小線幅0.15μmのパターンを転写、焼き付け
できる極めて高性能な露光装置の開発が望まれている。
なかでも荷電粒子蓄積リング放射光等のX線を露光光と
するX線露光装置は、転写精度と生産性の双方にすぐれ
ており、将来性が大きく期待されている。
【0003】一般的に、マスクとウエハのアライメント
の誤差は、パターンの線幅の1/4以下であることが要
求される。従って、最小線幅0.25μm、0.15μ
mの極めて微細化されたパターンの転写、焼き付けに許
容されるアライメントの誤差は、それぞれ60nm、4
0nm程度までである。そこで、露光光としてi線やK
rFレーザ等を用いる技術が開発されているが、回折に
よる解像度の劣化を避けるためには、より短波長の荷電
粒子蓄積リング放射光等のX線を用いるのが望ましい。
【0004】荷電粒子蓄積リング放射光等の軟X線は、
大気中で著しく減衰するため、マスクやウエハを搬入し
た露光室をヘリウムガスの減圧雰囲気に維持して露光を
行なう。すなわち、荷電粒子蓄積リング放射光は原子番
号の大きい元素に対して吸収性が高いため、N2 、O2
等を含む大気を露光室から排出し、露光室を所定の真空
度に真空引きしたうえで、高純度のヘリウムガスを露光
室に充填する。
【0005】図8は一従来例による露光装置の主要部を
示すもので、これは、密封された露光室101と、その
内部に配設されたウエハステージ110と、複数のウエ
ハを収納するウエハキャリヤ121を待機させるウエハ
待機ステーション120と、ウエハ待機ステーション1
20のウエハキャリヤ121からウエハを一枚ずつ取り
出してこれをウエハステージ110に受け渡す作業を行
なうウエハ搬送装置130を有する。
【0006】ウエハステージ110は、ウエハを吸着す
る吸着面111aを有するウエハチャック111と、吸
着面111aに対して垂直な方向(Z軸方向)にウエハ
チャック111を移動させる図示しないZステージと、
ウエハチャック111を図示水平方向(X軸方向)に移
動させるXステージ112と、これを図示上下方向(Y
軸方向)へ移動させるYステージ113を有し、Xステ
ージ112とYステージ113はそれぞれ、公知のボー
ルねじ112a,113aを回転させることでX軸方
向、Y軸方向に移動する。
【0007】ウエハキャリヤ121は、その内部に複数
のウエハをそれぞれ水平に保持して垂直に積み重ねて保
持するもので、各ウエハは、ウエハ搬送装置130のハ
ンド131によって逐次ウエハキャリヤ121から取り
出されてウエハステージ110に搬送される。ウエハ搬
送装置130は、ハンド131をY軸方向へ移動させる
Yステージ132と、ハンド131をX軸方向へ移動さ
せるXステージ133と、ハンド131をウエハステー
ジ110に対してZ軸方向に進退させるためのZステー
ジ134を有し、ウエハキャリヤ121からウエハを取
り出してウエハステージ110に受け渡し、露光後のウ
エハをウエハステージ110から受け取ってウエハキャ
リヤ121に再度収納する作業を自動的に行なうように
構成されている。
【0008】ウエハステージ110の前面には、図示し
ないマスクステージ、アライメント光学系およびシャッ
タ等が配設される。ウエハステージ110に保持された
ウエハは、高真空のビームダクトからX線取り出し窓を
経て露光室101内に導入されたX線によって露光され
る。このようにして、マスクのパターンがウエハに転写
される。
【0009】ウエハチャック111はその吸着面111
aに設けられた吸着溝に発生する真空吸着力によってウ
エハを吸着保持する。同様に、ハンド131は真空吸着
力によってその表面にウエハを吸着し、ハンド131の
真空吸着力とウエハチャック111の真空吸着力を真空
吸着力制御装置によって交互に制御することでウエハの
受け渡しが行なわれる。
【0010】ウエハステージ110、ウエハ待機ステー
ション120、ウエハ搬送装置130等は、露光室10
1の中空底壁102に設けられた格子状の床面102a
に支持され、中空底壁102の中空部102bは排気管
103に接続される。また、露光室101の頂部にはヘ
リウムガス供給管104を接続する開口が設けられる。
図示しない真空ポンプを排気管103に接続してこれを
排気することで露光室101の内部を格子状の床面10
2aから真空引きし、続いて、ヘリウムガス供給管10
4から高純度のヘリウムガスを供給することで、露光室
101の内部を所定の減圧雰囲気に制御する。
【0011】このように露光室101の内部を高純度の
ヘリウムガスの減圧雰囲気に保ちながらウエハの露光を
行なう。露光中に、ウエハステージ110やウエハ搬送
装置130の駆動部等から不純ガスが流出してヘリウム
ガスの純度が低下すると、X線の減衰のために露光むら
等を発生するおそれがあるため、露光中も露光室101
の排気とヘリウムガスの供給を継続して、露光室101
内の雰囲気圧力とヘリウムガスの純度を厳密に管理す
る。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、露光室の内部の配管や各種ケーブルあ
るいはウエハステージ等の内部装置に付着したゴミ等の
異物が剥れ落ちて露光室内の雰囲気ガスに浮遊し、ハン
ドによって搬送中のウエハの裏面や、ウエハチャックの
表面に付着する。このような異物が、ウエハとウエハチ
ャックの間に挟まれると、ウエハが変形し、その結果、
アライメント精度が低下する。
【0013】このような異物によるアライメント誤差は
著しい転写ずれを生じる。例えば直径0.4μmのゴミ
が挟まった状態で露光した場合には、40nmの転写ず
れを発生した例がある。
【0014】そこで、ウエハの裏面やウエハチャックの
表面を清浄化するためのブラシ等を露光室内に設けて露
光前にウエハやウエハチャックのゴミ等の異物を除去す
る技術が開発されているが、ブラシ等によって擦り取っ
たゴミ等の異物は極く軽いために、再度露光室の雰囲気
中に浮遊する傾向があり、充分な効果を期待することは
できない。
【0015】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、ウエハ等基板とこれ
を保持するウエハチャック等の基板保持手段等の露光室
内の装置の表面を清浄化することにより、転写精度を大
幅に向上できる露光方法および露光装置ならびにデバイ
スの製造方法を提供することを目的とするものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の露光方法は露光室を所定の真空度に真
空引きしたうえで、真空引きを継続しながら雰囲気ガス
を導入して所定の減圧雰囲気を形成する工程と、形成さ
れた減圧雰囲気内で基板を露光する工程を有し、前記露
光室を前記所定の真空度に真空引きするに、前記露光
室の内部装置の表面を、前記表面に当接させた当接部材
を用いて清浄化することを特徴とする。
【0017】本発明の露光装置は、露光室を真空引きし
て所定の真空度にした上で、前記真空引きを行いながら
前記露光室にガスを導入する機能を有する露光装置にお
いて、前記所定の真空度のときに前記露光室内の装置の
表面を清浄化する清浄化手段を有することを特徴とす
る。
【0018】また、本発明の露光装置は、格子状の床面
を備えた露光室と、該露光室内に保持された基板を露光
する露光手段と、前記格子状の床面の下から前記露光室
を真空引きする真空排気手段と、前記露光室に雰囲気ガ
スを供給する雰囲気ガス供給手段と、前記露光室の内部
装置の表面に当接させて前記表面を清浄化する当接部材
を有し、前記真空排気手段が、前記格子状の床面に落下
した異物を前記露光室の排気とともに排出するように構
成されていることを特徴とする。
【0019】当接部材が、露光室内の複数の部位に移動
自在に構成されているとよい。
【0020】
【作用】露光室を所定の真空度に真空引きし、露光室内
装置の表面に付着したゴミ等の異物を清浄する。清
浄化することによって除去された異物は、露光室を真空
引きするときの排気とともに露光室から排出されるた
め、減圧雰囲気中に異物が浮遊して基板保持手段と基板
の間に挟まれる等のトラブルを回避できる。
【0021】基板保持手段と基板の間に挟まれた異物の
ために基板が変形するのを防ぎ、転写精度を大幅に改善
できる。
【0022】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
【0023】図1は第1実施例による露光装置の主要部
を示すもので、これは、密封された露光室1と、その内
部に配設された内部装置であるウエハステージ10と、
複数の基板であるウエハを収納するウエハキャリヤ21
を待機させるウエハ待機ステーション20と、ウエハ待
機ステーション20のウエハキャリヤ21からウエハを
一枚ずつ取り出してこれをウエハステージ10に受け渡
す作業を行なうウエハ搬送装置30を有する。
【0024】ウエハステージ10は、ウエハを吸着する
吸着面11aを有する基板保持手段であるウエハチャッ
ク11と、吸着面11aに対して垂直な方向(Z軸方
向)にウエハチャック11を移動させる図示しないZス
テージと、ウエハチャック11を図示水平方向(X軸方
向)に移動させるXステージ12と、これを図示上下方
向(Y軸方向)へ移動させるYステージ13を有し、X
ステージ12とYステージ13はそれぞれ、公知のボー
ルねじ12a,13aを回転させることでX軸方向、Y
軸方向に移動する。
【0025】ウエハキャリヤ21は、その内部に複数の
ウエハをそれぞれ水平に保持して垂直に積み重ねて保持
するもので、各ウエハは、ウエハ搬送装置30のハンド
31によって逐次ウエハキャリヤ21から取り出されて
ウエハステージ10に搬送される。ウエハ搬送装置30
は、ハンド31をY軸方向へ移動させるYステージ32
と、ハンド31をX軸方向へ移動させるXステージ33
と、ハンド31をウエハステージ10に対してZ軸方向
に進退させるためのZステージ34を有し、ウエハキャ
リヤ21からウエハを取り出してウエハステージ10に
受け渡し、露光後のウエハをウエハステージ10から受
け取ってウエハキャリヤ21に再度収納する作業を自動
的に行なうように構成されている。
【0026】ウエハステージ10の前面には、図示しな
いマスクステージ、アライメント光学系およびシャッタ
等が配設される。ウエハステージ10に保持されたウエ
ハは、図示しない露光手段である荷電粒子蓄積リング等
の光源から高真空のビームダクトとX線取り出し窓を経
て露光室1内に導入されたX線によって露光される。こ
のようにして、マスクのパターンがウエハに転写され
る。
【0027】ウエハチャック11はその吸着面11aに
設けられた吸着溝に発生する真空吸着力によってウエハ
を吸着保持する。同様に、ハンド31は真空吸着力によ
ってその表面にウエハを吸着し、ハンド31の真空吸着
力とウエハチャック11の真空吸着力を真空吸着力制御
装置によって交互に制御することでウエハの受け渡しが
行なわれる。
【0028】ウエハステージ10、ウエハ待機ステーシ
ョン20、ウエハ搬送装置30等は、露光室1の中空底
壁2に設けられた格子状の床面2aに支持され、中空底
壁2の中空部2bは真空排気手段である排気管3に接続
される。また、露光室1の頂部には雰囲気ガス供給手段
であるヘリウムガス供給管4を接続する開口が設けられ
る。図示しない真空ポンプを排気管3に接続してこれを
排気することで露光室1の内部を格子状の床面2aの下
から所定の真空度に真空引きし、真空引きを継続しなが
ら、ヘリウムガス供給管4から高純度の雰囲気ガスであ
るヘリウムガスを供給することで、露光室1の内部を所
定の減圧雰囲気に制御する。
【0029】このように露光室1の内部を高純度のヘリ
ウムガスの減圧雰囲気に保ちながらウエハの露光を行な
う。露光中に、ウエハステージ10やウエハ搬送装置3
0の駆動部等から不純ガスが流出してヘリウムガスの純
度が低下すると、X線の減衰のために露光むら等を発生
するおそれがあるため、露光中も露光室1の排気とヘリ
ウムガスの供給を継続して、露光室1内の雰囲気圧力と
ヘリウムガスの純度を厳密に管理する。
【0030】露光室1内には、ウエハチャック11の吸
着面11aおよび露光室1内の他の内部装置の表面のゴ
ミ等の異物を除去して清浄化するための清浄化手段であ
る異物除去装置40が配設されている。異物除去装置4
0は、図1の(b)に示すように、高純度のガスである
ヘリウムガスを吹き出す吹き出しノズル41aとこれに
隣接して配設された吸引ノズル41bを備えたヘッド4
1と、該ヘッド41を露光室1内の所定の範囲を任意に
移動させるためのXY駆動部42を有する。
【0031】異物除去装置40のXY駆動部42は、ヘ
ッド41を保持するホルダ43をY軸方向に往復移動さ
せるためのYボールねじ42aと、該Yボールねじ42
aの両端を支持してこれをX軸方向へ往復移動させる一
対のXボールねじ42bを有し、ウエハチャック11の
任意の停止位置へヘッド41を移動させてこれをウエハ
チャック11の吸着面11aに対向させる。この状態で
ヘッド41は、吹き出しノズル41aからヘリウムガス
をウエハチャック11の吸着面11aに吹き付けてゴミ
等の異物を吹き飛ばすとともに、吹き飛ばされた異物の
大部分を吸引ノズル41bによって直ちに吸引除去す
る。
【0032】異物除去装置40のヘッド41は、前述の
ようにXY駆動部42によって露光室1内を広範囲に移
動自在であり、ウエハチャック11以外の露光室1内の
各内部装置、例えばハンド31の表面あるいはその駆動
ステージの表面等に付着したゴミ等の異物を自在に除去
できるように構成されている。
【0033】異物除去装置40によるウエハチャック1
1や他の内部装置の表面の清浄化は、吹き出しノズル4
1aによって吹き飛ばされたゴミ等の異物の大部分を直
ちに吸引ノズル41bによって吸引除去することによっ
て行なわれるが、吹き飛ばされたゴミ等の異物の一部分
は露光室1内に残される。そこで、排気管3に接続され
た真空ポンプによって露光室1を所定の真空度に真空引
きする工程中あるいは真空引きを継続してヘリウムガス
の減圧雰囲気を形成する工程中に異物除去装置40によ
るウエハチャック11や他の内部装置の表面の清浄化を
行ない、吸引ノズル41bによって吸引されずに露光室
1内の雰囲気中に残されたゴミ等の異物を、露光室1を
真空引きする排気とともに除去する。
【0034】このようにして、露光室1内のヘリウムガ
スの雰囲気にゴミ等の異物が浮遊するのを効果的に回避
できる。
【0035】このように露光室1内のゴミ等の異物を除
去することで、ウエハとウエハチャック11の間に異物
が挟まってウエハが変形する等のトラブルを低減し、露
光装置の転写精度を大幅に向上できる。
【0036】ウエハ搬送装置30のハンド31は通常2
個以上配設されており、これらが交互に露光前のウエハ
と露光済みのウエハをウエハチャック11に受け渡すよ
うに構成される。
【0037】図2は第1実施例の一変形例による異物除
去装置50を示すもので、これはウエハチャック11の
吸着面11a等に付着したゴミ等の異物を当接部材であ
るブラシスクラバ51aによって拭き取るように構成さ
れている。ブラシスクラバ51aを保持するホルダ53
は、ブラシスクラバ51aをウエハチャック11の吸着
面11aに当接したときの圧力を感知する圧力検知手段
である圧力検知センサ52bを有し、その出力に基づい
てブラシスクラバ51aの押圧力を制御する。
【0038】ホルダ53は、前述と同様のXY駆動部5
2によって露光室1内を広範囲に移動し、ゴミ等の異物
の付着したウエハチャック11の吸着面11a等に沿っ
て、例えば図2の(b)に示すように下向きに移動させ
る。ブラシスクラバ51aによって掃き落されたゴミ等
の異物は、格子状の床面2aに落下し(図1参照)、中
空底壁2の中空部2bを経て、露光室1を真空引きする
排気とともに排気管3から排出される。
【0039】また、ブラシスクラバ51aの替わりに、
図3に示すような硬質の拭き取り板61aを用いた異物
除去装置でもよい。拭き取り板61aの材質は、例えば
工具鋼等の金属あるいは硬質ゴム等であり、これをウエ
ハチャック11の吸着面11a等に擦り付けることによ
ってゴミ等の異物を除去する。拭き取り板61aを保持
するホルダ63は、拭き取り板61aをウエハチャック
11等に当接したときの圧力を検知する圧力検知センサ
61bを有し、その出力に基づいて、ウエハチャック1
1に対する拭き取り板61aの押圧力を制御する。
【0040】図4は第2実施例による露光装置の主要部
を示すもので、これは、工具等の金属あるいは硬質ゴ
ムで作られた拭き取り板71と、これを固定支持する固
定支持部72からなる異物除去装置70を有し、固定支
持部72は、図5に示すように、ウエハチャック11が
ハンド31に対するウエハ受け渡し位置Aから露光位
置Aへ上昇する途中で、ウエハチャック11の吸着面
11aに拭き取り板71を接触させてゴミ等の異物の拭
き取りを行なうように構成されている。
【0041】固定された拭き取り板71に対してウエハ
チャック11の方が上昇することで、ウエハチャック1
1の吸着面11aを清浄化し、ゴミ等の異物を格子状の
床面2aに落下させる。露光室1、中空底壁2、床面2
a、ウエハステージ10、ウエハ搬送装置30等につい
ては第1実施例と同様であるので、同一符号で表わし説
明は省略する。
【0042】なお、拭き取り板71をウエハチャック1
1の吸着面11aに垂直な方向すなわちZ軸方向に移動
させるためのZ駆動部を固定支持部72に設けて、ウエ
ハチャック11に対する拭き取り板71の押圧力等を調
節できるように構成するのが望ましい。
【0043】本実施例は、異物除去装置が露光室内で固
定位置にあり、ウエハチャックの清浄化のみを行なうも
のであるが、異物除去装置をXY方向へ駆動するための
XY駆動部を必要とせず、露光室の機構が簡単であると
いう利点を有する。その他の点については第1実施例と
同様である。
【0044】次に、上記説明した露光方法や露光装置を
利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図6
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
半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ2(マ
スク製作)では設計した回路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
立)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なう。
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。
【0045】図7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方
法や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
9(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
なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形
成される。本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造
が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造すること
ができる。
【0046】
【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。
【0047】ウエハとこれを保持するウエハチャック等
の間にゴミ等の異物が挟まれるのを回避して転写精度を
大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の主要部を示すもので、(a)は露
光室の内部を示す立面図、(b)は異物除去装置のみを
拡大して示す拡大斜視図である。
【図2】第1実施例の第1の変形例による異物除去装置
を示すもので、(a)はその斜視図、(b)はブラシス
クラバによってウエハチャックの吸着面を拭き取る工程
を説明するものである。
【図3】第1実施例の第2の変形例による異物除去装置
を示すもので、(a)はその斜視図、(b)は拭き取り
板によってウエハチャックの吸着面を拭き取る工程を説
明するものである。
【図4】第2実施例の露光室の内部を示す立面図であ
る。
【図5】図4の装置の拭き取り板によってウエハチャッ
クの吸着面を拭き取る工程を説明するものである。
【図6】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャー
トである。
【図7】ウエハプロセスを示すフローチャートである。
【図8】一従来例の露光室の内部を示す立面図である。
【符号の説明】
1 露光室 2 中空底壁 2a 床面 3 排気管 10 ウエハステージ 11 ウエハチャック 30 ウエハ搬送装置 31 ハンド 40,50,60,70 異物除去装置 41 ヘッド 51a ブラシスクラバ 51b,61b 圧力検知センサ 61a,71 拭き取り板
フロントページの続き (72)発明者 丸茂 光司 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−122505(JP,A) 特開 平7−66114(JP,A) 特開 平6−318538(JP,A)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 露光室を所定の真空度に真空引きしたう
    えで、真空引きを継続しながら雰囲気ガスを導入して所
    定の減圧雰囲気を形成する工程と、形成された減圧雰囲
    気内で基板を露光する工程を有し、前記露光室を前記所
    定の真空度に真空引きするに、前記露光室の内部装置
    の表面を、前記表面に当接させた当接部材を用いて清浄
    化することを特徴とする露光方法。
  2. 【請求項2】 内部装置が、基板を保持する基板保持手
    段であることを特徴とする請求項1記載の露光方法。
  3. 【請求項3】 格子状の床面を備えた露光室と、該露光
    室内に保持された基板を露光する露光手段と、前記格子
    状の床面の下から前記露光室を真空引きする真空排気手
    段と、前記露光室に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガス供
    給手段と、前記露光室の内部装置の表面に当接させて前
    記表面を清浄化する当接部材を有し、前記真空排気手段
    が、前記格子状の床面に落下した異物を前記露光室の排
    気とともに排出するように構成されていることを特徴と
    する露光装置。
  4. 【請求項4】 内部装置が、基板を保持する基板保持手
    段を有することを特徴とする請求項3記載の露光装置。
  5. 【請求項5】 当接部材が、露光室内の複数の部位に移
    動自在に構成されていることを特徴とする請求項3また
    は4記載の露光装置。
  6. 【請求項6】 部装置の表面に当接される当接部材
    押圧力を検知する圧力検知手段を備えていることを特徴
    とする請求項3ないしいずれか1項記載の露光装置。
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