JP3574560B2

JP3574560B2 - 半導体露光装置用支持部材および半導体露光装置

Info

Publication number: JP3574560B2
Application number: JP01883598A
Authority: JP
Inventors: 比呂史会田; 豊林
Original assignee: Kyocera Corp; Nikon Corp
Current assignee: Kyocera Corp; Nikon Corp
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2018-01-30
Also published as: JPH11219876A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路（ＬＳＩ）などを作製する際に、半導体ウエハに露光処理を施す際に用いられる半導体露光装置の光学系要素の支持部材の改良に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、半導体装置の製造工程において、シリコンウエハを支持または保持するためのサセプタ、静電チャック、真空チャックや絶縁リングとしてあるいは各種治具等の半導体製造装置用部品として、比較的に安価で、化学的にも安定なアルミナや窒化ケイ素からなるセラミックスを用いることが、特開昭５３−９６７６２号等にて提案されている。また、半導体ウエハに対して微細パターンを形成するための露光装置内のサセプタやステージ等にも、同様にアルミナと窒化ケイ素からなるセラミックスが用いられている。
【０００３】
その他、特開平１−１９１４２２号によれば、Ｘ線マスクにおけるマスク基板に接着する補強リングとして、ＳｉＯ_２、インバーなどに加え、コージェライトによって形成し、メンブレンの応力を制御することが提案されている。また、静電チャック用基盤としてアルミナやコージェライト系焼結体を使用することが特公平６−９７６７５号で提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＳＩなどにおける高集積化に伴い、回路の微細化が進められ、その線幅はサブミクロンオーダーのレベルまで高精密化しつつある。そしてこのような回路を形成するための露光装置に対する精度も年々高くなり、たとえば露光装置のステージ用部材においては１００ｎｍ（０．１μｍ）以下の位置決め精度が要求され、露光の位置合わせ誤差が製品の品質向上や歩留まり向上に大きな影響を及ぼしているのが現状である。
【０００５】
しかしながら、一般に、セラミックスは金属に比べて熱膨張率が小さいものの、アルミナや窒化ケイ素系セラミックスの１０〜４０℃の熱膨張率は、それぞれ５．２×１０^−６／℃、１．５×１０^−６／℃であり、雰囲気温度が１℃変化すると数１００ｎｍ（０．１μｍ）の変形が発生することになり、露光等の精密な工程ではこの変化が大きな問題となり、生産性の低下をもたらしている。
【０００６】
これに対して、コージェライト焼結体は、アルミナや窒化ケイ素に比較して熱膨張率が１×１０^−６／℃程度と低く、このようなコージェライト焼結体を用いることにより上記のような雰囲気温度の変化による影響はある程度抑制される。
【０００７】
しかしながら、露光装置の中で、露光用光源や、光源から光を半導体ウエハに導くための導光路などの光学系要素（総称して、光学系ユニットという。）、あるいはそれら個々の光学系要素を支持する支持部材、さらにはそれら光学系ユニットを露光装置に固定する支持部材などにおいては、雰囲気温度のみならず、半導体ウエハを載置したステージが露光位置まで高速移動するのに伴う振動が光学系要素まで影響を及ぼす。即ち、ステージの移動等に伴う振動が光学系要素に達し、それらの光学系ユニットによって露光処理を施す時に光自体が振動して焦点がぼけたり、繰り返し露光処理に位置ずれが生じ、露光精度を大きく低下させてしまうという問題があった。この問題は、露光する回路パターンの線幅が細くなるほど影響が大きくなり、半導体素子の超精密化を阻害する大きな問題となっている。
【０００８】従って、本発明は、光学系ユニットにおける振動などの外的影響による露光精度の低下を抑制することのできる高信頼性の半導体露光装置用支持部材と、それを用いた半導体露光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題に対して露光装置、特に光源から半導体ウエハに至る過程の光学系ユニットにおける各光学系要素の支持部材や、その支持部材を装置本体に支持する部材に適したセラミックスについて外的影響に対する安定性の観点から検討を重ねた結果、１０〜４０℃における熱膨張率が１×１０^−６／℃以下であることに加え、ヤング率が１３０ＧＰａ以上のセラミックスを用いることによって、温度変化や振動等のによる外的な影響による露光精度の低下を抑制し、高精度の露光処理が可能となることを見いだし、本発明に至った。
【００１０】
即ち、本発明の半導体露光装置用支持部材は、半導体露光装置本体内に設置された半導体ウエハに露光処理を施すために光学系要素を前記本体に支持固定するものであって、この支持部材を、コージェライトを主成分とし、１０〜４０℃における熱膨張率が１×１０^−６／℃以下、ヤング率が１３０ＧＰａ以上のコージェライト系セラミックスにより形成することを特徴とするものである。
【００１１】
なお、前記コージェライト系セラミックスとしては、コージェライトを主成分とし、Ｙまたは希土類元素、アルカリ土類金属元素のうち少なくとも１種を酸化物換算で３〜１５重量％の割合で含有するものが最も望ましい。
また、本発明の第２の半導体露光装置用支持部材は、レチクルステージに載置されたパターンを光学系により半導体ウエハに露光する半導体露光装置に用いられる半導体露光装置用支持部材であって、前記レチクルステージを支持する第１支持部材と、前記光学系を支持する第２の支持部材との少なくとも一方が、コージェライトを主成分とし、２０〜２５℃における熱膨張率が１×１０^−６／℃以下、ヤング率が１３０ＧＰａ以上のコージェライト系セラミックスからなるものである。なお、前記コージェライト系セラミックスの前記ヤング率が１５０ＧＰａ以上であることが望ましい。
また、本発明の半導体露光装置は、レチクルステージに載置されたパターンを光学系により半導体ウエハに露光する半導体露光装置であって、前記レチクルステージを支持する第１支持部材と、前記光学系を支持する第２の支持部材との少なくとも一方が、コージェライトを主成分とし、２０〜２５℃における熱膨張率が１×１０^−６／℃以下、ヤング率が１３０ＧＰａ以上のコージェライト系セラミックスからなることを特徴とするものである。なお、前記コージェライト系セラミックスの前記ヤング率が１５０ＧＰａ以上であることが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明における半導体露光装置は、例えば図１の概略配置図に示すように、ｉ線、エキシマレーザー、Ｘ線などの光源１から発生した光は、導光路２内のミラー３を経由して、回路パターン図が載置されるレクチルステージ４およびレンズ５などの光学系要素を具備する光学系ユニットを経て、露光装置本体６内に設置されたＳｉからなる半導体ウエハ７に対して露光処理が施される。半導体ウエハ７は、例えば静電チャック８表面に載置され、さらに静電チャック８は、ステージ９上に載置される。
【００１３】
そして、光源１やレクチルステージ４、レンズ５等を含む前述の種々の光学系要素は、支持部材１０、１１、１２等によって支持固定されており、さらにそれらの支持部材１０、１１、１２等は、露光装置本体６に支持固定されている。
【００１４】
この光学系ユニットの各光学系要素を支持する支持部材１０、１１、１２は、温度の変化による支持部材自体の熱膨張によって変形したり、外的な振動により、支持部材のみならず光学系要素自体が振動すれば、露光精度を低下させてしまう。
【００１５】
本発明によれば、半導体露光装置における光学系要素個々を支持する細部の支持部材１０、１１、１２、さらにはそれらの支持部材を装置本体６に固定するための支持部材など露光精度に直結する支持部材は、露光時における雰囲気の温度に対する変形や歪みが極力小さいことが必要である。
【００１６】
そこで、本発明によれば、これらの支持部材を１０〜４０℃における熱膨張率が１×１０^−６／℃以下、特に０．７×１０^−６／℃以下のセラミックスによって形成するものである。このセラミックスの熱膨張率が１×１０^−６／℃よりも大きいと、雰囲気の温度が１℃変化した場合においても１００ｎｍ以上の変形が生じることになり、高精密な露光処理にずれが生じ、露光精度を低下させてしまう。なお、熱膨張率を規定する温度範囲は、室温で露光処理される場合には２０〜２５℃の温度範囲で１×１０^−６／℃以下の熱膨張率を有すればよい。
【００１７】
また、本発明によれば、支持部材を構成するセラミックスが、上記の熱膨張率に加え、ヤング率が１３０ＧＰａ以上であることも重要である。即ち、支持部材のヤング率が高いと、光学系ユニット以外の要素から発生した外的な振動が支持部材に伝達された際に、その振動を支持部材自体が減衰させる作用をなし、振動が光源、レクチルステージ、レンズなどの光学系要素に伝達されるのを防止することができるのである。
【００１８】
よって、支持部材におけるヤング率が１３０ＧＰａよりも低いと、振動を支持部材にて十分に減衰することができず、支持部材を経由して光源、レクチルステージ、レンズなどに振動が伝達されてしまい、その結果、露光処理時の露光位置にずれが生じ、露光精度を低下させてしまうためである。露光精度を高めるためには、ヤング率はさらに高いことが望ましく、かかる観点から１５０ＧＰａ以上、さらには１８０ＧＰａ以上が望ましい。
【００１９】
このような本発明の支持部材は、露光装置における各光学系要素を直接的に支持する支持部材のみならず、間接的に支持する部材、さらには、静電チャック、ステージ、ステージまわりの駆動系などの構造部品に対しても適用できるものであり、できる限り、これらの光学系ユニットのすべての支持部材を前記セラミックスによって形成することが望ましいが、特に、露光装置の構造上、振動伝達性などの高い特定の支持部材に対して選択的に適用することも当然可能である。
【００２０】
このような低熱膨張、高ヤング率のセラミックスとしては、コージェライト系セラミックスが最も好適である。コージェライト系セラミックスは、通常、２ＭｇＯ−２Ａｌ_２Ｏ_３−５ＳｉＯ_２の組成からなるものであり、各金属酸化物を所定比率で配合した後、所定形状に成形後、１３００〜１５５０℃の酸化性雰囲気中で焼成することにより作製することができる。組成は、上記に示した化学量論組成から少しずれても特性が範囲内であれば何ら問題はない。
【００２１】
しかしながら、一般的なコージェライト単味では、低熱膨張特性は満足しても、ヤング率が１３０ＧＰａ未満と低いが、コージェライトに対して、Ｙまたは希土類元素、アルカリ土類金属元素のうち少なくとも１種を酸化物換算で３〜１５重量％の割合で添加して焼結性を高め、相対密度９５％以上まで緻密化させることにより、ヤング率を向上させることができる。特に、前記Ｙまたは希土類元素のうちの少なくとも１種を酸化物換算で１０重量％以上配合すると、ヤング率を１５０ＧＰａ以上まで高めることができる。
【００２２】
なお、Ｙまたは希土類元素はいずれも酸化物として添加することが焼結性を向上させる上で望ましい。希土類元素としては、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｓｍ、Ｌｕ、Ｃｅなどが挙げられる。
【００２３】
なお、このコージェライト系セラミックスには、上記のＹや希土類元素以外に、焼結性を高めたり、前記の熱膨張率およびヤング率をさらに改善するためにＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、シリコンオキシナイトライド、Ｂ_４Ｃ，ＷＣ，ｃＢＮ，ダイヤモンドなどの他の添加物を添加、あるいは複合化することも可能である。その場合の添加量は添加材料にもよるが１０〜９０重量％が良い。特に、Ｓｉ_３Ｎ_４やＳｉＣを適量添加すると、ヤング率を２００ＧＰａ以上まで高めることができる。
【００２４】
【実施例】
純度９９．５％以上、平均粒径が１．２μｍのコージェライト粉末に対して、適宜ＹおよびＥｒ、Ｙｂ、Ｓｍ、Ｌｕ、Ｃｅの酸化物、ＳｒＣＯ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣの各粉末を表１、表２の比率で添加し、湿式混合を行った後に乾燥し、バインダーを添加して造粒した。この粉体を、プレス成形して脱脂後、大気中、表１、表２に示す温度で１時間焼成してセラミックスを作製した。なお、ＳｒＣＯ_３については、表１、表２中では、ＳｒＯ換算量を示した。また、比較のために、アルミナセラミックス、窒化ケイ素セラミックスを作製し、またＳｉＯ_２ガラスを準備した。
【００２５】
これらの各材料について、アルキメデス法により相対密度を測定するとともに、１０〜４０℃における熱膨張率をＴＭＡ法により測定し、さらに超音波パルス法によって室温におけるヤング率を測定した。
【００２６】
また、このセラミックスを用いて、１００ｍｍ角のセラミック板を作製し、これを光学系支持部材として用いて、Ｘ線露光によるマーキング位置の精度を調べた。この際に雰囲気温度は２５℃±２℃の恒温雰囲気とした。さらに、振動特性について、セラミック板の両端をつり下げ，セラミック板の一端に振動を加えた時の振動の減衰を測定し、振動が半減するまでの所要時間を測定した。結果は、表１、表２に示した。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【表２】

【００２９】
表１、表２の結果から明らかなように、１０〜４０℃における熱膨張率が１×１０^−６／℃以下、ヤング率が１３０ＧＰａ以上の試料のコージェライト系セラミックスは、露光精度が１００ｎｍ以下であるのに対して、熱膨張率が１×１０^−６／℃を越える試料Ｎｏ．６、１０のコージェライト系セラミックスや、アルミナセラミックス、窒化ケイ素セラミックス、ＳｉＯ_２ガラスの試料Ｎｏ．２６、２７、２８は、露光精度が１００ｎｍを越え、露光精度の低いものであった。
【００３０】
また、基板の振動の停止時間は、ヤング率が１３０ＧＰａよりも低いＳｉＯ_２ガラスやコージェライトからなる試料Ｎｏ．１、２８では、振動半減までに１００秒よりも長い時間を要する。これに対して、熱膨張率が１×１０^−６／℃以下において、ヤング率が１３０ＧＰａ以上で、振動半減時間が７０ｍｓｅｃ以下、１５０ＧＰａ以上で６０ｍｓｅｃ以下、１８０ＧＰａ以上で５０ｍｓｅｃ以下に短縮され、それに伴い精度も高くなることがわかる。
【００３１】
なお、コージェライト系セラミックスについては、Ｙまたは希土類元素を３〜１５重量％の割合で含有せしめることにより、ヤング率を１３０ＧＰａ以上、１０重量％以上の添加で１５０ＧＰａ以上、また、窒化珪素や炭化珪素などのセラミックスを１０重量％以上の割合で添加すると、ヤング率を２００ＧＰａ以上まで高めることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、露光処理を施こす半導体露光装置内の光学系要素の支持部材として、低熱膨張且つ高ヤング率を有するセラミックスを用いることにより、露光精度を高めることができるとともに、ＸＹステージなどの露光位置まで高速移動に伴う振動が光学系要素に対して伝達されるのを抑制し、露光のずれを防止し精度の高い露光処理を行うことができ、ＬＳＩなどの半導体素子の高い信頼性を維持しつつ量産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における半導体露光装置の概略配置図である。
【符号の説明】
１光源
２導光路
３ミラー
４レクチルステージ
５レンズ
６露光装置本体
７半導体ウエハ
８静電チャック
９ステージ
１０、１１、１２支持部材

Claims

半導体露光装置本体内に設置された半導体ウエハに露光処理を施すために光学系要素を前記本体に支持固定する支持部材であって、該支持部材が、コージェライトを主成分とし、１０〜４０℃における熱膨張率が１×１０^−６／℃以下、ヤング率が１３０ＧＰａ以上のコージェライト系セラミックスからなることを特徴とする半導体露光装置用支持部材。
前記コージェライト系セラミックスが、コージェライトを主成分とし、Ｙまたは希土類元素、アルカリ土類金属元素のうち少なくとも１種を酸化物換算で３〜１５重量％の割合で含有することを特徴とする請求項１記載の半導体露光装置用支持部材。
前記コージェライト系セラミックスが、ＳｉＣ、Ｓｉ _３Ｎ _４、シリコンオキシナイトライド、Ｂ _４Ｃ、ＷＣ，ｃＢＮ、ダイヤモンドの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体露光装置用支持部材。
レチクルステージに載置されたパターンを光学系により半導体ウエハに露光する半導体露光装置に用いられる半導体露光装置用支持部材において、前記レチクルステージを支持する第１支持部材と、前記光学系を支持する第２の支持部材との少なくとも一方が、コージェライトを主成分とし、２０〜２５℃における熱膨張率が１×１０^−６／℃以下、ヤング率が１３０ＧＰａ以上のコージェライト系セラミックスからなることを特徴とする半導体露光装置用支持部材。
前記コージェライト系セラミックスの前記ヤング率が１５０ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項４記載の半導体露光装置用支持部材。
レチクルステージに載置されたパターンを光学系により半導体ウエハに露光する半導体露光装置において、前記レチクルステージを支持する第１支持部材と、前記光学系を支持する第２の支持部材との少なくとも一方が、コージェライトを主成分とし、２０〜２５℃における熱膨張率が１×１０^−６／℃以下、ヤング率が１３０ＧＰａ以上のコージェライト系セラミックスからなることを特徴とする半導体露光装置。
前記コージェライト系セラミックスの前記ヤング率が１５０ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項６記載の半導体露光装置。