JP4461764B2 - 露光方法及び露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路等のリソグラフィに用いられる露光方法及び露光装置に関する。特には、真空環境下で露光を行う、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子線やＸ線を用いた露光方法及び露光装置に関する。

電子線露光装置のように真空雰囲気下で露光を行う装置においては、ウェハ（感応基板）は、カセットから取り出されてプリアライナ装置等でプリアライメントされた後、ロードロック室と呼ばれる室やロードチャンバに搬送される。ロードロック室には真空ポンプが付設されており、室内を真空に引くことができる。ロードロック室では、プリアライナから常圧下でウェハを受け取り、室内を真空に引いた後、これらを露光装置内に移動する。

図４は、ウェハの搬送機構の従来例を模式的に示す平面図である。
図中の矢印はウェハの搬送経路を示している。
複数枚のウェハが収容されるウェハカセット６０や、ウェハプリアライナ７１、ロボットアーム７３は、大気中に配置されている。ロボットアーム７３の近傍には加熱手段（ランプ）７４が配置されている。また、真空ロードチャンバ８３、プリアライナチャンバ９１及び露光装置１００は、真空に保たれている。

ロードロック室７７の入口にはゲートバルブ７９が設けられている。ロードロック室７７は、ゲートバルブ８１を介してウェハ真空ロードチャンバ８３に接続している。同チャンバ８３内には、真空ロボットアーム８５が配置されている。
ウェハ真空ロードチャンバ８３はゲートバルブ８９を介してプリアライナチャンバ９１に接続している。同チャンバ９１内には、プリアライナ９３が備えられている。
ウェハ真空ロードチャンバ８３は、ゲートバルブ９５を介して露光装置１００のウェハチャンバ１０６に接続している。同チャンバ１０６内には、ウェハステージ１３１が備えられており、同ステージ１３１上にはウェハホルダ１３０が設けられている。

以下に、ウェハをカセット６０から露光装置１００へ搬送する手順について説明する。
まず、大気中において、ロボットアーム７３でカセット６０からウェハを一枚取り出し、プリアライナ７１に載置し、ウェハプリアライメントを行う。
プリアライメント終了後、プリアライナ７１からロボットアーム７３でウェハを取り出す。そして、ウェハを加熱手段（ランプ）７４の上方に移動させて、ランプ７４を照射させてウェハを加熱する。
その後、ゲートバルブ７９を開けてウェハをロードロック室７７に搬送する。そして、ゲートバルブ７９を閉めてロードロック室７７の真空引きを行う。ロードロック室７７が目的の真空度に達したら、真空ロードチャンバ８３側のゲートバルブ８１を開いて、真空ロボットアーム８５で、ロードロック室７７からウェハを取り出して、プリアライナチャンバ９１内のプリアライナ９３上に載置する。そして、プリアライナ９３においてより高精度なプリアライメントを行う。
アライメントの終了後、真空ロボットアーム８５で、プリアライナチャンバ９１からウェハを取り出し、ゲートバルブ９５を開けて露光装置１００に搬送する。そして、ウェハをウェハチャンバ１０６内のウェハステージ１３１上のウェハホルダ１３０に載置する。

特開２００３−０３１４７０号公報

通常、ロードロック室７７を真空排気する際、気体の断熱膨張により同室内に置かれたウェハの温度が２〜４℃程度低下する。このように温度が低下すると、温度変化によってウェハが歪むことがある。一例では、径が２００ｍｍのＳｉウェハにおいて、１℃の温度変化で約０．５μｍの寸法変化が生じる。このような寸法変化により高精度パターンを得ることができなくなる。したがって、温度が元の温度に上昇するまで数十分間待機したり、露光前にアライメントを何度もやり直したりする必要がある。

そこで、上述の技術では、大気中でのプリアライメント終了後に、加熱手段によってウェハを予め加熱している。これにより、ロードロック室で真空排気する際、気体の断熱膨張により室内に置かれたウェハの温度が低下しても、ウェハの温度は元の標準温度程度に戻るため、ウェハの温度変化による寸法変化が起きない。

しかしながら、加熱手段（ランプ）を長期にわたって使用すると、ランプの光量が低下したり、ランプのカバーガラスの表面が、レジスト蒸気の付着等のために汚れたりすることで、ランプの発する熱量が低下する。このため、ウェハを十分に温めることができず、ウェハに歪みが生じてしまう。

上記の点に鑑み、本発明は、真空引き時の温度変化に起因するウェハのパターン歪みを防止することのできる露光方法及び露光装置を提供することを目的とする。

本発明の露光方法は、真空下において感応基板上にエネルギー線を選択的に照射してパターンを形成する露光方法であって、 ウェハを真空領域に搬送する際の断熱冷却による該ウェハの温度変化を予測し、 予測した温度変化分に相当する熱量を、ランプの照射熱によって前記ウェハに与えて補償する際に、該ランプの照射熱をモニターしておき、ロボットアームに前記ウェハを載置した状態で前記ロボットアームを前記ランプの上方に移動させて、前記ランプの照射熱を前記ウェハに照射し、前記ランプの照射熱の変化を、前記ウェハ直下に位置する、前記ロボットアーム下面に配置されたセンサにより検知し、前記センサの出力を前記ランプにフィードバックさせて、前記ウェハへの温度補償状態を一定に保つことを特徴とする。真空排気時の気体の断熱膨張によるウェハの温度低下を、真空排気前にランプで加熱することで補償する際に、ランプの性能劣化等によって、ウェハが十分に加熱されない場合がある。本発明の露光方法によれば、加熱時にウェハに照射される熱量をモニターして、そのモニター結果をフィードバックし、ランプの照射時間や出力等を調整することで、ウェハの温度補償を常に正確に行うことができるので、ウェハの断熱冷却に起因するパターンの歪みを極力抑えることができる。

本発明の露光装置は、真空下において感応基板上にエネルギー線を選択的に照射してパターンを形成する露光装置であって、 ウェハを真空領域に搬送する際の断熱冷却による該ウェハの温度変化分の熱量を、該ウェハに照射するランプと、 前記ランプの照射する熱量の変化をモニターするセンサと、前記センサの測定した前記ランプの照射熱の変化を、前記ランプにフィードバックさせて、前記ウェハへの温度補償状態を一定に保つ手段と、ロボットアームに前記ウェハを載置した状態で前記ロボットアームを前記ランプの上方に移動させて、前記ランプの照射熱を前記ウェハに照射する手段と、を具備し、前記ウェハ直下に位置する、前記ロボットアーム下面に前記センサが配置されていることを特徴とする。

本発明は、ウェハを大気中から真空環境へ搬送する際のウェハの温度制御に有効である。本発明によれば、真空引き時の温度変化に伴うウェハＷの温度低下を相殺する際に、ウェハの温度制御のミスをなくし、ウェハのパターン歪みを防ぐことができる。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、図３を参照して、露光装置全体の構成を説明する。
図３は、本発明の一実施例に係る露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
電子線露光装置１００の上部には、光学鏡筒１０１が配置されている。光学鏡筒１０１には、真空ポンプ（図示されず）が接続されており、光学鏡筒１０１内を真空排気している。

光学鏡筒（マスクチャンバも含む）１０１の上部には、電子銃１０３が配置されており、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１０３の下方には、順にコンデンサレンズ１０４、電子線偏向器１０５、マスクＭが配置されている。

電子銃１０３から放射された電子線は、コンデンサレンズ１０４によって収束され、続いて、電子線偏向器１０５により図の横方向に順次走査され、光学系の視野内にあるマスクＭの各小領域（サブフィールド）の照明が行われる。なお、照明光学系は、ビーム成形開口やブランキング開口等（図示されず）も有している。

マスクＭは、マスクステージ１１１の上部に設けられたチャック１１０に静電吸着等により固定されている。マスクステージ１１１は、マウントボディ１１６に載置されている。

マスクステージ１１１には、図の左方に示す駆動装置１１２が接続されている。駆動装置１１２は、ドライバ１１４を介して、制御装置１１５に接続されている。また、マスクステージ１１１には、図の右方に示すレーザ干渉計１１３が設置されている。レーザ干渉計１１３は、制御装置１１５に接続されている。レーザ干渉計１１３で計測されたマスクステージ１１１の正確な位置情報が制御装置１１５に入力される。それに基づき、制御装置１１５からドライバ１１４に指令が送出され、駆動装置１１２が駆動される。このようにして、マスクステージ１１１の位置をリアルタイムで正確にフィードバック制御することができる。

マウントボディ１１６の下方には、ウェハチャンバ１０６（真空チャンバ）が示されている。ウェハチャンバ１０６には、真空ポンプ（図示されず）が接続されており、チャンバ内を真空排気している。ウェハチャンバ１０６には、真空ロードチャンバ３３やロードロック室２７等から構成されるウェハ搬送機構１０が接続している。このウェハ搬送機構１０については図１及び図２を参照して後述する。なお、図３に示すウェハ搬送機構１０中の各符号は、図１及び図２中の符号に対応している。

ウェハチャンバ１０６内の投影光学系鏡筒（図示されず）には、プロジェクションレンズ１２４、偏向器１２５等が配置されている。さらにその下方のウェハチャンバ１０６の底面上には、ウェハステージ（精密機器）１３１が載置されている。ウェハステージ１３１の上部には、チャック１３０が設けられており、静電吸着等によりウェハＷが固定されている。

マスクＭを通過した電子線は、プロジェクションレンズ１２４により収束される。プロジェクションレンズ１２４を通過した電子線は、偏向器１２５により偏向され、ウェハＷ上の所定の位置にマスクＭの像が結像される。なお、投影光学系は、各種の収差補正レンズやコントラスト開口（図示されず）なども有している。

ウェハステージ１３１には、図の左方に示す駆動装置１３２が接続されている。駆動装置１３２は、ドライバ１３４を介して、制御装置１１５に接続されている。また、ウェハステージ１３１には、図の右方に示すレーザ干渉計１３３が設置されている。レーザ干渉計１３３は、制御装置１１５に接続されている。レーザ干渉計１３３で計測されたウェハステージ１３１の正確な位置情報が制御装置１１５に入力される。それに基づき、制御装置１１５からドライバ１３４に指令が送出され、駆動装置１３２が駆動される。このようにして、ウェハステージ１３１の位置をリアルタイムで正確にフィードバック制御することができる。

次に、上述の露光装置のウェハ搬送機構１０について、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施例に係るウェハ搬送機構を示す平面図である。
図２は、ロボットアームがウェハを保持している状態を拡大して示す図である。図２（Ａ）は、平面図であり、図２（Ｂ）は、側面図である。
複数枚のウェハが収容されるウェハカセット（容器）２０、プリアライナ２１、ロボットアーム２３は、大気中に配置されている。ロボットアーム２３の近傍には加熱手段（ランプ）２４が配置されている。また、真空ロードチャンバ３３、プリアライナチャンバ４１及び露光装置１００は、真空に保たれている。

ロードロック室２７の入口にはゲートバルブ２９が設けられている。ロードロック室２７は、ゲートバルブ３１を介してウェハ真空ロードチャンバ３３に接続している。同チャンバ３３内には、真空ロボットアーム３５が配置されている。
ウェハ真空ロードチャンバ３３は、ゲートバルブ３９を介してプリアライナチャンバ４１に接続している。同チャンバ４１内には、プリアライナ４３が備えられている。
ウェハ真空ロードチャンバ３３は、ゲートバルブ４５を介して露光装置１００のウェハチャンバ１０６に接続している。同チャンバ１０６内には、ウェハステージ１３１が備えられており、同ステージ１３１上にはウェハホルダ１３０が設けられている。

図２（Ｂ）に示すように、ロボットアーム２３のランプ２４側には、温度センサ２６が取り付けられている。温度センサ２６は、ランプ２４からウェハＷに実際に照射された熱量をモニターして熱量測定値を得る。温度センサ２６は、制御装置２５に接続されており、熱量測定値を制御装置２５に送る。制御装置２５は、温度センサ２６から送られた熱量測定値に基づいて、ランプ２４やロボットアーム２３を操作して、ランプ２４の照射時間等を制御する。
なお、制御装置２５及び温度センサ２６は、図１及び図２（Ａ）では省略されている。

以下に、ウェハＷをカセット２０から露光装置１００内に搬送する手順について、図１及び図２を参照して説明する。
まず、大気中において、図２（Ａ）に示すように、ロボットアーム２３でカセット２０からウェハＷを一枚取り出し、プリアライナ２１に載置する。そして、プリアライナ２１においてウェハＷのプリアライメントを行う。

プリアライメントの終了後、プリアライナ２１からロボットアーム２３でウェハＷを取り出す。そして、図２（Ｂ）に示すように、ウェハＷを加熱手段（ランプ）２４の上方に移動させ、ランプ２４を照射させてウェハＷを加熱する。ここで、ランプ２４を照射する時間は、一例で５〜８秒である。

上述のように、ランプ２４を用いてウェハＷを加熱して、真空引き時の温度変化に伴うウェハＷの温度低下を相殺する際には、ランプの出力の低下等により、ウェハＷが所望の温度まで加熱されないことがある。そこで、本実施例では、ランプ照射時間を調整することにより、ウェハＷがランプ２４によって所望の温度まで加熱されるようにする。

ここで、ランプ２４の照射時間を制御する方法について説明する。
まず、真空排気時の気体の断熱膨張によるウェハＷの温度変化から、ウェハＷに照射すべき熱量の総量を予め求めておく。また、ランプ２４の照射時間とウェハＷに吸収される熱量との関係について予め測定を行い、測定データを制御装置２５にもたせておく。
次に、照射すべき熱量の総量とランプ２４の出力等から、ランプ２４の照射時間（通常値）を事前に設定する。そして、温度センサ２６から送られた熱量測定値と上記の測定データとを比較して、ランプ２４の照射時間を調整する。具体的には、熱量測定値が、通常値を設定した際のランプ２４の出力と同じに維持されている場合には、照射時間を通常値のままにしてランプ２４を照射する。また、熱量測定値が通常値を設定した際のランプ２４の出力より低下している場合には、上記の測定データに基づいて、熱量の不足分が補える分だけランプ２４の照射時間を延長する。

その後、ゲートバルブ２９を開けて、ウェハＷをロードロック室２７に搬送する。そして、ゲートバルブ２９を閉めて、ロードロック室２７の真空引きを行う。ロードロック室２７が目的の真空度に達したら、真空ロードチャンバ３３側のゲートバルブ３１を開いて、真空ロボットアーム３５で、ロードロック室２７からウェハＷを取り出して、プリアライナチャンバ４１内のプリアライナ４３上に載置する。そして、プリアライナ４３においてより高精度なプリアライメントを行う。
アライメントの終了後、真空ロボットアーム３５で、プリアライナチャンバ４１からウェハＷを取り出し、ゲートバルブ４５を開けて露光装置１００に搬送する。そして、ウェハをウェハチャンバ１０６内のウェハステージ１３１上のウェハホルダ１３０に載置する。

なお、本実施例においては、ランプ２４の照射時間を調整しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ランプの熱量が下がったときには、予備のランプを照射してもよいし、ランプ２４への給電電圧を上げて、ランプ２４の出力を高めてもよい。

本発明の一実施例に係るウェハ搬送機構を示す平面図である。 ロボットアームがウェハを保持している状態を拡大して示す図である。 本発明の一実施例に係る露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。 ウェハの搬送機構の従来例を模式的に示す平面図である。

符号の説明

１０ ウェハ搬送機構
２０ ウェハカセット（容器）
２１ プリアライナ
２３ ロボットアーム
２４ ランプ
２５ 制御装置
２６ 温度センサ
２７ ロードロック室
２９ ゲートバルブ
３３ 真空ロードチャンバ
３５ 真空ロボットアーム
３９ ゲートバルブ
４１ プリアライナチャンバ
４３ プリアライナ
４５ ゲートバルブ
Ｗ ウェハ
Ｍ マスク
１００ 電子線露光装置
１０１ 光学鏡筒
１０３ 電子銃
１０４ コンデンサレンズ
１０５ 電子線偏向器
１０６ ウェハチャンバ
１１０ チャック
１１１ マスクステージ
１１２ 駆動装置
１１３ レーザ干渉計
１１４ ドライバ
１１５ 制御装置
１１６ マウントボディ
１２４ プロジェクションレンズ
１２５ 偏向器
１３０ チャック
１３１ ウェハステージ
１３２ 駆動装置
１３３ レーザ干渉計
１３４ ドライバ

Claims (2)

1. 真空下において感応基板上にエネルギー線を選択的に照射してパターンを形成する露光方法であって、
   ウェハを真空領域に搬送する際の断熱冷却による該ウェハの温度変化を予測し、
   予測した温度変化分に相当する熱量を、ランプの照射熱によって前記ウェハに与えて補償する際に、該ランプの照射熱をモニターしておき、
   ロボットアームに前記ウェハを載置した状態で前記ロボットアームを前記ランプの上方に移動させて、前記ランプの照射熱を前記ウェハに照射し、
   前記ランプの照射熱の変化を、前記ウェハ直下に位置する、前記ロボットアーム下面に配置されたセンサにより検知し、
   前記センサの出力を前記ランプにフィードバックさせて、
   前記ウェハへの温度補償状態を一定に保つことを特徴とする露光方法。
2. 真空下において感応基板上にエネルギー線を選択的に照射してパターンを形成する露光装置であって、
   ウェハを真空領域に搬送する際の断熱冷却による該ウェハの温度変化分の熱量を、該ウェハに照射するランプと、
   前記ランプの照射する熱量の変化をモニターするセンサと、
   前記センサの測定した前記ランプの照射熱の変化を、前記ランプにフィードバックさせて、前記ウェハへの温度補償状態を一定に保つ手段と、
   ロボットアームに前記ウェハを載置した状態で前記ロボットアームを前記ランプの上方に移動させて、前記ランプの照射熱を前記ウェハに照射する手段と、
   を具備し、
   前記ウェハ直下に位置する、前記ロボットアーム下面に前記センサが配置されていることを特徴とする露光装置。

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