JP4376807B2 - 位置合わせ後のウェハ滑りを減じることによるオーバーレイ修正 - Google Patents

Description

本発明は概してフォトリソグラフィに関する。特に、本発明は、フォトリソグラフィシステムにおけるウェハアライメントに関する。

フォトリソグラフィ（マイクロリソグラフィとも呼ばれる）は半導体デバイス製造技術である。フォトリソグラフィは、半導体デバイス設計における微細なパターンを形成するために紫外光又は可視光等の放射を使用する。ダイオード、トランジスタ及び集積回路等の多くのタイプの半導体デバイスを、フォトリソグラフィ技術を使用して製造することができる。半導体製造においてエッチング等のフォトリソグラフィ技術を実行するために、露光系若しくは露光ツールが使用される。露光系は通常、照明系と、回路パターンを形成するためのレチクル（マスクとも呼ばれる）又は空間光変調器と、投影系と、感光性レジストにより被覆された半導体ウェハを整列させるためのウェハ整列ステージとを有している。照明系は、有利には矩形のスリット照明フィールドを備えたレチクル又はＳＬＭの領域を照明する。投影系は、レチクル回路パターンの照明された領域の画像をウェハ上に投影する。

半導体デバイス製造技術が進歩するにしたがって、半導体デバイスを製造するために使用されるフォトリソグラフィシステムの各構成部材に対する要求が増大している。これは、ウェハアライメントの精度に対する増大する要求を含んでいる。ウェハは通常、ウェハテーブルとも呼ばれるウェハチャックに取り付けられている。露光中、ウェハ上に露光されたフィーチャは、ウェハ上に存在するフィーチャに重なり合う必要がある。オーバーレイ性能を達成するために、ウェハは、露光の前にウェハステージに位置合わせされる。位置合わせ後のウェハステージに対するウェハのあらゆる移動は、オーバーレイエラーを生じる。

露光中、ウェハは、露光ビームからウェハに引き渡されるエネルギにより局所的に加熱される。この加熱はウェハを膨張させる。ウェハの膨張がチェックされないと、膨張は、オーバーレイエラー要求を越えてしまう。ウェハをウェハチャックに締め付けることにより、ウェハ膨張量が減じられる。ウェハチャックは通常、ウェハよりも大きな熱的質量を有するように設計されており、極めて低い熱膨張を有する材料から製造されている。このことは、ウェハに対するウェハチャックの比較的小さな膨張を生じる。ウェハチャックは、ウェハよりも著しく剛性であるようにも設計されており、これにより、ウェハがウェハチャックに十分に締め付けられると、ウェハの熱膨張が減じられる。

ウェハとウェハチャックとの間の締付力が、ウェハ膨張を防止するためには十分でない場合、ウェハはウェハチャックにおいて滑るおそれがあり、より大きなウェハ膨張が生じ、より大きなオーバーレイエラーを生じる。ウェハ膨張による滑りは、ウェハをウェハチャックの表面に真空によって緊密に締め付けることによって減じることができる。このことは、ウェハとウェハチャックとの間に摩擦力を生じる。しかしながら、ウェハ膨張力が摩擦力を超過すると、ウェハは滑り、オーバーレイエラーを生じる。極紫外（“ＥＵＶ”）システムの場合、露光中にウェハを取り囲む環境も真空であるので、滑りの機会が高まる。したがって、真空締付けよりも著しく弱い静電締付けが、真空締付けの代わりに使用されなければならない。

したがって、必要なのは、露光中のウェハ膨張の効果を減じるためのシステム及び方法である。

したがって、本発明の課題はリソグラフィシステムにおけるウェハの滑りを低減するための装置及び方法を提供することである。

本発明は、ウェハが取り付けられた後にウェハチャックを均一に膨張させることによってウェハ滑りを減じる。これは、ゼロ応力境界面ではなく、ウェハとウェハチャックとの間の境界面に初期応力を生ぜしめる。ウェハチャックはウェハに対して膨張するので、初期応力は、露光中にウェハ膨張によって生ぜしめられるものとは反対のものである。ウェハが露光によって加熱されると、初期応力はまずゼロ応力境界面になるように減じられる。このあと初めて、ウェハの膨張が、ウェハとウェハチャックとの間の境界面に膨張応力を生ぜしめる。理想的には、ウェハ滑りを生じない加熱の量は、本発明によって倍増されることができる。

ウェハテーブルの膨張は複数の方法によって達成することができる。１つの実施形態において、シールされた円形の管、若しくは環状リングが、ウェハチャックの周囲に取り付けられる。次いで、環状リングが加圧される。環状リングは、加圧されると膨張し、これにより、加圧リングが取り付けられたウェハチャックを膨張させる。同様の実施形態において、環状リングは、ウェハチャックの縁部に取り付けられているのではなく、溝又はキャビティによってウェハチャック内に埋設されている。

別の実施形態において、複数の力アクチュエータがウェハチャックの縁部に取り付けられている。これらの力アクチュエータは、ウェハチャックを膨張させるようにウェハチャックに作用する。

ウェハチャックの膨張は熱的に誘発されることもできる。１つの実施形態において、ヒータが直接にウェハチャックに取り付けられている。別の実施形態において、近接ヒータがウェハチャックの近傍に配置されている。さらに別の実施形態において、ウェハチャックは、導電性材料から形成されており、電源に接続されている。別の実施形態において、ウェハは、取付けの前に、ウェハチャックよりも高温になるように加熱される。この実施形態において、ウェハがウェハチャックに取り付けられると、これらは熱平衡に達する。ウェハが冷却されると、ウェハは収縮し、これにより、膨張応力とは反対の初期応力を生ぜしめる。これらの実施形態のそれぞれによる膨張は、ウェハの全体的な倍率と同様の、ウェハのほぼ均一な膨張を生ぜしめ、ひいてはリソグラフィ露光ツールにおいて補償されることができる。

本発明のさらなる実施形態、特徴及び利点並びに本発明の様々な実施形態の構造及び動作を、添付の図面を参照に以下に詳細に説明する。

本明細書に添付されかつ明細書の一部を構成した添付図面は、本発明を例示しており、詳細な説明と共に、本発明の原理を説明するために及び当業者が発明を形成及び使用することを可能にするために働く。

本発明を添付の図面を参照して説明する。エレメントが最初に現れる図面は、通常、対応する参照符号の左側の数字によって示されている。

特定の構成及び配列が論じられているが、これは例示的目的にのみ行われている。当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなくその他の構成及び配列を使用することができることを認めるであろう。当業者には、本発明を様々なその他の用途において使用することもできることが明らかになるであろう。

現在のリソグラフィシステムにおいて、ウェハ滑りは、ウェハをウェハチャックの表面に緊密に締め付けることによって減じられる。ウェハを締め付ける１つの方法はウェハとウェハチャックとの間に真空を形成することによるものである。真空と周囲環境との間には圧力差があるので、このことはうまくいく。しかしながら、極紫外（“ＥＵＶ”）リソグラフィにおいては、露光中にウェハを取り囲む環境も真空である。このことは、締付力としての真空の使用を妨げる。

択一的に、ウェハをウェハチャックに締め付けるために静電締付けが使用される。典型的な静電締付けの欠点は、静電締付けによって得られる力の量が本質的に制限されるということである。静電締付けは、ウェハを締め付ける及び解放するためにかかる時間にも関係する。その結果、静電締付けは、真空締付けの締付力の１０分の１〜１５分の１を提供する傾向がある。これは、ウェハとウェハチャックとの間の摩擦力も、真空システムにおける摩擦力の１０分の１〜１５分の１に減少することを意味する。

ほとんどのシステムにおいて、ウェハとウェハチャックとの間の境界面は、締付け時にはほぼゼロ応力境界面である。これは、ウェハとウェハチャックとの間の摩擦力に反作用するための力が境界面に存在しないことを意味する。ウェハが露光されると、露光ビームのエネルギがウェハを加熱し、ウェハを膨張させる。ウェハの一部が露光されて、その他の部分が露光されない場合、ウェハが十分に締め付けられていないと膨張によりウェハが滑る。滑りは、熱的に誘発された膨張応力が、ウェハを所定の位置に保持する摩擦力を超過するために生じる。このことはエラーをシステム内に導入する。静電締付けが使用されるシステムにおいては、摩擦力が低く、膨張応力は、摩擦力を克服するために極めて大きい必要はない。

ＥＵＶシステムの場合、ウェハの加熱は非ＥＵＶシステムよりも高くなりやすい。これは、ウェハに受け渡されているＥＵＶ露光ビームに含まれる著しい量の非露光エネルギの結果である。このエネルギのほとんどは赤外（“ＩＲ”）放射の形式である。幾つかの露光では、ウェハにおけるＩＲエネルギは、ウェハを露光するために必要とされるエネルギ（“照射エネルギ”とも呼ばれる）のものと等しい。これは、非ＥＵＶシステムと比較して、ウェハにおける加熱を効果的に倍増する。

これらの要因は、真空システムと比較して、滑りに対する抵抗が１０分の１〜１５分の１であり、加熱が２倍であるという状況を生じる。このように、ウェハ滑りが著しく生じやすくなり、オーバーレイによって決定される照射量限度が、非ＥＵＶシステムの場合に許容される照射量と比較して小さくなる。

図１は、本発明の実施形態による方法１００のフローチャートである。方法１００は、ウェハ滑りが脅威になる前に、より大きな照射エネルギの提供を許容する。本発明は、ここでは静電締付けを使用するＥＵＶシステムに関連して説明されるが、当業者は、本発明が静電締付け以外の締付け方法を使用する非ＥＵＶシステム及び／又はリソグラフィシステムにおいて使用されてもよいことを認めるであろう。

ステップ１０２において、ウェハは、リソグラフィシステムにおけるウェハチャックに取り付けられる。１つの実施形態において、ウェハは静電締付けを使用して取り付けられる。別の実施形態において、ウェハは真空締付けを使用して取り付けられる。

ステップ１０４において、ウェハチャックは均一に膨張させられる。このことは、ウェハとウェハチャックとの間の境界面に初期応力を生ぜしめる。露光中に、伝熱により、ウェハの寸法はウェハチャックに対して増大する。露光の前にウェハチャックを膨張させることによって、ウェハの寸法はチャックに対して効果的に減じられる。したがって、ウェハチャック膨張によって生ぜしめられる初期応力は、ウェハ膨張によって生ぜしめられる応力とは反対である。初期応力は、ほとんどウェハとウェハチャックとの間の摩擦力に等しい。この実施形態において、付加的な応力は摩擦力を克服し、露光の前にウェハを滑りさせる。しかしながら、初期応力を摩擦力の大きさよりも僅かに小さく維持することにより、滑りが回避される。

ステップ１０６において、ウェハはリソグラフィシステムのウェハステージに整合させられる。この整合は、露光ビーム経路においてウェハをセンタリングさせ、露光中のリソグラフィパターンの適切な焦点と整合とを保証する。

ステップ１０８において、ウェハが露光され、ウェハを膨張させる。膨張応力は初期応力とは反対なので、ウェハの膨張はまず初期応力を相殺するように作用する。初期応力を相殺した後に初めて、ウェハがウェハチャックに対して大きくなることによって、新たな膨張応力が生ぜしめられる。

初期応力がほとんどウェハとウェハチャックとの間の摩擦力に等しいならば、露光照射量は、初期応力を有していないシステムと比較してほぼ二倍となる。

図２Ａから図２Ｄまでは方法１００の流れを示している。図２Ａは、ウェハチャック２０４に取り付けられたウェハ２０２を示している（実寸ではない）。ウェハ２０２は、真空締付け等の締付け方法によって、有利な実施形態においては、静電締付けによって取り付けられる。

図２Ｂは、ステップ１０４において生じるようなウェハチャック２０４の膨張を示している。ウェハチャック２０４は、矢印２０６によって示されたような全ての方向に均一に膨張する。膨張の間、ウェハチャック２０４の寸法はウェハ２０２に対して増大する。

図２Ｃは、ウェハ２０２が露光される直前のウェハ２０２及びウェハチャック２０４の構成を示している。ウェハチャックの膨張により、ウェハ２０２とウェハチャック２０４との間には初期応力が存在する。ウェハチャック２０４が膨張する時にウェハチャック２０４はウェハ２０２を引っ張ろうとするので、ウェハ２０２における初期応力は、外向きの力と呼ばれる。

図２Ｄは、露光中の加熱によるウェハ２０２の膨張を示している。ウェハ２０２の寸法が増大すると、外向きの力が相殺される。ウェハ膨張の間のある時点において、ウェハ２０２は、ウェハ２０２とウェハチャック２０４との間の応力がゼロになる点に達する。ウェハ２０２がこの点を越えて膨張し続けると、ウェハ２０２には内向きの力が生ぜしめられる。この内向きの力の大きさがウェハ２０２とウェハチャック２０４との間の摩擦力の大きさを越えない限り、ウェハ２０２は滑らない。ウェハチャック２０４も露光中の加熱によって膨張する。ウェハチャック２０４の膨張は、ウェハチャック２０４に対するウェハ２０２の膨張率を低減させる。すなわち、ウェハ２０２に形成される内向きの力の大きさの増大も減じられる。

有利な実施形態において、ウェハ２０２は円形のウェハである。この実施形態において、ウェハ２０２は加熱の間均一に膨張する。膨張が均一であるので、ウェハ２０２における内向きの力の非平衡が存在せず、滑りの可能性が低減される。さらに、ウェハが均一に膨張すると、露光パターンが、寸法の変化を補償するために拡大されることができる。ウェハのセクションが不均一に膨張すると補償は困難である。

図３Ａは、本発明のシステムの実施形態の図である。環状の管３０２がウェハチャック２０４の外側に取り付けられている。１つの実施形態において、環状の管３０２は金属管である。別の実施形態において、環状の管３０２はプラスチックから形成されている。環状の管３０２はキャビティ３０６を有している。キャビティ３０６には液体又は気体が充填されることができる。環状の管３０２は加圧されると、膨張する。環状の管３０２はウェハチャック２０４の縁部に取り付けられているので、ウェハチャック２０４は、環状の管と共に均一に膨張する。図３Ｂは、図３Ａの図の線３０４に沿って見た断面図である。図示のように、環状の管３０２はウェハチャック２０４の縁部に取り付けられている。

図４Ａは本発明の別の実施形態の図である。上の実施形態と同様に、キャビティ４０６を有する環状リング４０２がウェハチャック２０４に取り付けられている。この実施形態において、環状リング４０２は、ウェハチャック２０４に設けられたキャビティ若しくは溝の内部に取り付けられている。環状リング４０２はウェハチャック２０４内に埋設されているので、環状リング４０２がウェハチャック２０４から解離する可能性が低くなる。さらに、環状リングをウェハチャック２０４の縁部に取り付けるために使用される材料によって生ぜしめられる不均一が回避される。図４Ｂは、図４Ａの図の線４０４に沿って見た断面図である。１つの実施形態において、環状リング４０２は、図４Ｂに示されているように、ウェハ２０４の構造内に完全に包囲されている。別の実施形態において、環状リング４０２は、ウェハチャック２０４内、例えば溝内に部分的にのみ埋め込まれている。

図５は、本発明の別の実施形態の図である。この実施形態において、複数の力アクチュエータ５０２が、一方の端部において定置の支持体５０４に、他方の端部においてウェハチャック２０４に取り付けられている。使用される力アクチュエータ５０２の実際の数は可変である。１つの実施形態において、力アクチュエータ５０２はウェハチャック２０４の周囲に均一にかつ対称的に分配されている。力アクチュエータ５０２が作動させられると、力アクチュエータはウェハチャック２０４を引っ張る。この形式において、力アクチュエータ５０２は共同で均一な力をウェハチャック２０４に加え、この力はウェハチャック２０４に対して外向きである。この外向きの力は、ウェハチャック２０４の均一な膨張を生ぜしめる。

図６Ａから図６Ｄまでは、本発明の様々な実施形態を示しており、この実施形態においてウェハチャック２０４は加熱によって膨張させられる。図６Ａの実施形態において、接触式ヒータ６０２は直接にウェハチャック２０４を加熱する。ウェハチャック２０４の温度が上昇すると、ウェハチャック２０４は膨張する。接触式ヒータ６０２は、ウェハチャック２０４全体に均一な加熱及び膨張を生ぜしめるために、ウェハチャック２０４と比較して必要に応じた大きさであってよい。この実施形態は、直接的な熱の流れを提供するが、ヒータ６０２の取付けは、ウェハチャック２０４の膨張を抑制する。

図６Ｂは本発明の別の実施形態を示している。この実施形態において、近接ヒータ６０４がウェハチャック２０４の表面の近傍に配置されている。近接ヒータ６０４は熱放射又は電磁放射を介して加熱する。近接ヒータ６０４はウェハチャック２０４と接触しないので、近接センサは、ウェハチャック２０４の膨張を抑制しない。図６Ｃに示したように、近接ヒータ６０４は、ウェハチャック２０４の均一な膨張のために必要に応じて寸法及び熱分配が変化する。

図６Ｄは、本発明の別の実施形態を示しており、この実施形態においてヒータが使用されている。この実施形態において、ウェハチャック２４０は、導電性材料から製造されている。電源６０６は導線６０８及び６１０によってウェハチャック２０４に接続されている。電力がウェハチャック２０４を流れると、ウェハチャックは加熱され、膨張する。導線６０８及び６１０はフレキシブルであるので、ウェハチャック２０４の自由膨張を許容する。電源６０６は可変電源であってよい。

別の実施形態において、ウェハ２０２は、ウェハチャック２０４よりも高温になるように、ウェハチャック２０４に取り付けられる前に加熱される。この実施形態において、ウェハ２０２がウェハチャック２０４に取り付けられると、ウェハとウェハチャックとは熱平衡に達する。ウェハ２０２が冷却されると、ウェハは収縮し、これにより、膨張力の応力とは反対の初期応力を生ぜしめる。

それぞれの加熱の実施形態において、膨張を監視するために温度センサがウェハステージ２０４に取り付けられることができる。加熱プロセスを正確に制御又は調整するために制御回路がヒータに取り付けられてよい。

本発明の様々な実施形態は上に説明されているが、これらの実施形態は単なる例であって、限定として示されていないことが理解されるべきである。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく形式及び細部における様々な変更がなされることができることが当業者に明らかになるであろう。すなわち、本発明の広さ及び範囲は、上述の典型的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、添付の請求項及びその均等物に基づいてのみ定義されるべきである。

本発明の実施形態による方法のフローチャートである。 ウェハチャックに取り付けられたウェハの図である。 ウェハに対して膨張したウェハチャックの図である。 膨張したウェハチャックに取り付けられたウェハの図である。 膨張したウェハチャックに対して膨張したウェハの図である。 本発明の実施形態による膨張システムの図である。 図３Ａに示された膨張システムの断面図である。 本発明の実施形態による別の膨張システムの図である。 図４Ａに示された膨張システムの断面図である。 本発明の実施形態による別の膨張システムの図である。 本発明の実施形態によるヒータを使用した膨張システムの図である。 本発明の実施形態によるヒータを使用した別の膨張システムの図である。 本発明の実施形態によるヒータを使用した別の膨張システムの図である。 本発明の実施形態によるヒータを使用した別の膨張システムの図である。

符号の説明

２０２ ウェハ、 ２０４ ウェハチャック、 ３０２ 環状の管、 ３０６ キャビティ、 ４０２ 環状リング、 ４０６ キャビティ、 ５０２ 力アクチュエータ、 ５０４ 支持体、 ６０２ 接触式ヒータ、 ６０４ 近接ヒータ、 ６０６ 電源、 ６０８，６１０ 導線

Claims (23)

1. ウェハチャックを有するリソグラフィシステムにおいてウェハ滑りを低減する方法において：
   ａ．ウェハとウェハチャックとの間に境界面を形成するようにウェハをウェハチャックに取り付けて締付け固定し、
   ｂ．ウェハとウェハチャックとの間の境界面における摩擦力より小さい外向きの初期応力を締付け固定したウェハに形成するようにウェハチャックを膨張させ、
   ｃ．その状態でウェハとチャックとをウェハステージに整列させ、
   ｄ．ウェハを放射源に対して曝したときに生じる初期応力とは反対方向の膨張応力を相殺することを特徴とする、ウェハ滑りを低減する方法。
2. 前記初期応力が、前記露光ステップ中にウェハの滑りを防止するために十分である、請求項１記載の方法。
3. 前記膨張させるステップが、ウェハチャックに取り付けられた環状リングを加圧することを含む、請求項２記載の方法。
4. 前記膨張させるステップが、ウェハチャックから外向きの方向にウェハチャックに力を加えることを含む、請求項２記載の方法。
5. 前記膨張させるステップが、ウェハチャックを加熱することを含む、請求項２記載の方法。
6. 前記膨張させるステップが、ウェハチャックを均一に全ての方向に膨張させる、請求項２記載の方法。
7. 真空中でリソグラフィを行う方法において：
   ａ．ウェハとウェハチャックとの間に境界面を形成するようにウェハをウェハチャックに取り付けて締付け固定し、
   ｂ．ウェハをウェハチャックに対して整列させ、
   ｃ．ウェハとウェハチャックとの間の境界面における摩擦力より小さい外向きの初期応力を締付け固定したウェハに形成するように前記ウェハチャックを膨張させ、
   ｄ．前記ウェハを放射源に曝し、
   前記ウェハと前記ウェハチャックとの間の境界面における前記初期応力により、前記露光ステップ中に生じる前記初期応力とは反対方向の膨張応力を相殺して前記ウェハの滑りを防止することを特徴とする、真空中でリソグラフィを行う方法。
8. 前記膨張させるステップが、前記ウェハチャックを加熱することを含む、請求項７記載の方法。
9. 前記膨張させるステップが、前記ウェハチャックの縁部に力を加えることを含み、前記力が、前記ウェハチャックに対して外向きである、請求項７記載の方法。
10. 前記曝すステップが前記ウェハを膨張させる、請求項７記載の方法。
11. ウェハチャックを有するリソグラフィシステムにおいてオーバーレイを低減する方法において：
    ａ．ウェハの寸法を半径方向外向きに膨張させるようにウェハを加熱し、
    ｂ．膨張したウェハをウェハチャックに取り付けて締付け固定し、
    ｃ．ウェハを冷却し、ウェハの寸法を収縮させ、ウェハとウェハチャックとの間の境界面における摩擦力より小さい外向きの初期応力をウェハに形成し、露光ステップ中に生じる前記初期応力とは反対方向の膨張応力を相殺しての前記ウェハの滑りを防止することを特徴とする、オーバーレイを低減する方法。
12. リソグラフィシステムにおいて、
    ａ．ウェハを収容して締付け固定するように構成されたウェハチャックが設けられており、
    ｂ．ウェハチャックを膨張させかつウェハとウェハチャックとの間の境界面における摩擦力より外向きの初期応力を形成し、露光ステップ中に生じる前記初期応力とは反対方向の膨張応力を相殺しての前記ウェハの滑りを防止するようにウェハチャックに結合された膨張装置が設けられていることを特徴とする、リソグラフィシステム。
13. 前記膨張装置が、前記ウェハチャックに結合された環状リングを含んでいる、請求項１２記載のシステム。
14. 前記環状リングが、前記ウェハチャックの外縁部に結合されている、請求項１３記載のシステム。
15. 前記環状リングが、前記ウェハチャックに設けられたキャビティ内に取り付けられている、請求項１３記載のシステム。
16. 前記膨張装置に、
    前記ウェハチャックに取り付けられた複数の力アクチュエータが設けられており、
    該複数の力アクチュエータが、前記ウェハチャックを伸長させるように構成されている、請求項１２記載のシステム。
17. 前記複数の力アクチュエータが、前記ウェハチャックの周囲に均一に分散されている、請求項１６記載のシステム。
18. 前記膨張装置が、前記ウェハチャックを加熱するように構成されたヒータを含んでいる、請求項１２記載のシステム。
19. 前記ヒータが、前記ウェハチャックと接触するように配置された接触式ヒータである、請求項１８記載のシステム。
20. 前記ヒータが、前記ウェハチャックから離れて配置された近接ヒータである、請求項１８記載のシステム。
21. 前記ヒータが、前記ウェハチャックに電流を流すために前記ウェハチャックに結合された電流源を含んでいる、請求項１８記載のシステム。
22. 前記ヒータが、電磁放射によって前記ウェハチャックを加熱する、請求項１８記載のシステム。
23. 前記膨張装置が、前記ウェハチャックを均一に膨張させるように構成されている、請求項１２記載のシステム。

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