JP5517766B2

JP5517766B2 - 露光装置およびデバイス製造方法

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Publication number: JP5517766B2
Application number: JP2010137473A
Authority: JP
Inventors: 裕司前原; 伸茂是永
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2030-06-16
Also published as: US8810770B2; JP2012004308A; US20110310366A1

Description

本発明は、真空中で基板を露光する露光装置に関する。

現在、次世代半導体露光装置として開発が進められている極端紫外線（ＥＵＶ）露光装置や電子線露光（描画）装置では、基板の露光が真空環境内で行われる。真空環境内では、対流による熱伝達が行われないことにより、熱が物体に蓄積しやすい。このため、上述のような露光装置では、熱対策が重要な開発要素の一つとなっている。

この熱対策の一つとして、露光装置の構造物内に冷却用流体を循環させる方法が挙げられる。しかしこの方法は、流体の循環に伴って構造体の振動が発生するため、高い解像力やオーバーレイ精度を要求される露光装置への適用は注意を要する。もう一つの対策として、特許文献１には、熱の輻射を利用してマスクやウエハ等の温度調整を行うことが開示されている。

特開平０９−０９２６１３号公報

しかし、基板を保持して移動するステージの位置をレーザー光で計測する計測器（レーザー干渉計等）からのレーザー光が当該ステージ上面の光反射面に常に入射するように当該レーザー光を移動する露光装置がある。当該露光装置にあっては、レーザー光の光路を確保しつつ、必要な冷却能力を確保できるような輻射板を設けることが困難であった。

本発明の一側面としての露光装置は、真空中で基板を露光する露光装置であって、
前記基板を感光させるエネルギーを前記基板に照射する光学系と、
鏡面を有し、前記基板を保持して、前記光学系の光軸に垂直なＸ−Ｙ平面に沿って移動するステージと、
前記Ｘ−Ｙ平面に沿って進行するレーザー光を前記光軸に平行なＺ方向に折り曲げるミラーと、
前記ミラーを介して前記鏡面を照射した前記レーザー光により前記Ｚ方向における前記ステージの位置を計測する計測器と、
前記レーザー光が前記鏡面を照射するように前記ステージの移動に応じて前記計測器を移動させる第１駆動部と、
を有し、
前記Ｚ方向において前記光学系と前記ステージとの間に配置され、前記エネルギーを通過させる第１開口と前記第１駆動部による前記計測器の移動範囲にわたって前記レーザー光を通過させる第２開口とを有する第１輻射板と、前記第１輻射板を冷却する第１冷却器とを含み、前記基板を輻射冷却する第１冷却部と、
前記Ｘ−Ｙ平面に沿って進行する前記レーザー光を通過させる第３開口を有する第２輻射板と、前記第２輻射板を冷却する第２冷却器とを含み、前記ミラーと前記第２開口とを介して前記基板を輻射冷却する第２冷却部と、
をさらに有することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、基板の露光と並行して該基板の被露光面を輻射冷却するのに有利な露光装置を提供することができる。

第１実施形態の露光装置の一部を示す図輻射板（第１輻射板）と基板との相対位置関係の一例を示す図本発明に係る電子線露光（描画）装置の構成図制御部の処理の手順を示すフローチャート第２実施形態の露光装置の一部を示す図第３実施形態の露光装置の一部を示す図露光装置の一部（変形例）を示す図

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図３は、本実施形態に係る電子線描画装置（露光装置）の構成図である。電子線描画装置１００は、大別して、電子光学系１、ウエハステージ２、測長用干渉計（計測器）３、真空チャンバ４を含んで構成されている。真空チャンバ４は不図示の真空ポンプによって真空排気されており、真空チャンバ４内に電子光学系１、互いに直交するＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸の方向に可動のウエハステージ２、測長用干渉計３が配置されている。

電子光学系１は、電子線を放射する電子銃１１、電子銃１１からの電子線を収束させる電子レンズ系１２、電子線を偏向させる偏向器１３を含んで構成されている。そして、これらの各構成要素は、電子光学系制御部６１によって制御される。電子光学系制御部６１は、電子線によりウエハ５にパターンを描画する場合、偏向器１３により電子線を偏向して走査するとともに、描画するパターンに応じて電子線の照射を制御する。なお、電子線は、イオン線などの荷電粒子線であってもよい。

ウエハステージ２は、粗動ステージ２１に微動ステージ２２が載置された構成としうる。微動ステージ２２上には、Ｘ−Ｙ平面に沿って被露光面が配置されるように、感光材を塗布されたウエハ５が保持される。各ステージは、リニアモータ等の周知のアクチュエータを用いて移動させることができる。さらに、微動ステージ２２上には、Ｘ軸用反射鏡３１、Ｙ軸用反射鏡（不図示）、Ｚ軸用反射鏡３２（反射鏡は鏡面ともいう）が設けられている。粗動ステージ２１は、電子レンズ系１２の光軸（Ｚ軸）に垂直な平面（Ｘ−Ｙ平面）内でＸ方向・Ｙ方向に移動してウエハ５の粗い位置決めを行う。微動ステージ２２は、Ｘ方向・Ｙ方向・Ｚ方向に移動してウエハ５の精密な位置決めを行う。微動ステージ２２は、さらに、Ｘ軸・Ｙ軸・Ｚ軸のそれぞれに平行な回転軸の周りに回転してウエハ５の精密な位置決めを行うようにしてもよい。そして、粗動ステージ２１・微動ステージ２２の位置は、ウエハステージ制御部６２によって制御される。

測長用干渉計３においては、内部に設けられたレーザー光源から射出されたレーザービームを測定光と参照光とに分割する。そして、測定光をウエハステージ２上に設置されたＸ軸用反射鏡３１に、参照光を測長用干渉計３の内部に設けられた参照鏡にそれぞれ入射させ、反射した測定光と参照光とを重ね合わせて干渉させ、検出器を用いて干渉光の強度を検出する。射出段階で測定光と参照光とは互いに周波数が微小量Δｆだけ異なる為、検出器からは、Ｘ軸用反射鏡３１のＸ方向の移動速度に応じて周波数がΔｆから変化しているビート信号が出力される。このビート信号をステージ位置検出部６３が処理することにより、参照光の光路長を基準とした測定光の光路長の変化量、すなわち参照鏡を基準にした場合のＸ軸用反射鏡３１のＸ座標（ウエハステージ２のＸ座標）が高い分解能でかつ高精度に計測される。同様に、ウエハステージ２に設置されたＹ軸用反射鏡のＹ方向の座標、及びウエハステージ２に設置されたＺ軸用反射鏡３２のＺ方向の座標が、参照鏡を基準にして、高分解能かつ高精度に計測される。ここで、Ｘ−Ｙ平面に沿って（Ｘ−Ｙ平面に平行に）進行するＺ軸計測用のレーザービームは、折り曲げミラー３３により反射されて、Ｚ方向からＺ軸用反射鏡に入射する。折り曲げミラー３３は、電子光学系１を支持するフレームと同じフレームによって支持されている。

図１は本発明の第１実施形態の露光装置の一部を示す図である。

本実施形態に係る温度調整部（冷却部）は、輻射板７・８と、温度調整器（冷却器）９とを含んで構成されている。輻射板７（第１輻射板）とそれに対応する温度調整器（第１冷却器）９とを含んで第１冷却部は構成されている。また、輻射板８（第２輻射板）とそれに対応する温度調整器（第２冷却器）９とを含んで第２冷却部は構成されている。輻射板７・８は、高輻射率のセラミックス板、または、メッキや溶射などの表面処理により高輻射率化した金属板、等の高輻射率素材を含んで構成される構造体であって、ウエハ５に対向して設置されている。輻射板７には、露光光を通過させる為の開口７１（第１開口）と、干渉計ビームを通過させる為のＸ方向に長い開口７２（第２開口）とが設けられている。開口７２は、後述する計測器駆動部（第１駆動部）による計測器の移動範囲にわたってレーザー光を通過させるような形状を有する。輻射板８は、測長用干渉計３から射出された干渉計ビームに対して、その一面が直交するように設置されている。輻射板８には、干渉計ビームを通過させる為の開口８１（第３開口）が設けられている。温度調整器９は、輻射板７・８上に載置され、輻射板７・８を所定の目標温度に調整するように構成されている。この温度調整器９には、ペルチェ素子を用いることができる。その替わりに、または、それとともに、温度制御された媒体（流体）が通過する配管またはジャケットを冷却器として用いるなど、他の冷却手段を用いてもよい。また、温度調整器を輻射板７・８の少なくとも一方に２つ以上設け、夫々異なる温度に調整すれば、そのようにした輻射板に温度分布を持たせることができる。これを利用して、ウエハの温度分布に応じて輻射板に温度分布を持たせるようにすれば、効率よくウエハを温度調整することができる。

ウエハ５およびＺ軸用反射鏡３２は、微動ステージ２２に載置されているため、ウエハステージの移動とともに（例えば６軸それぞれの方向において）移動する。測長用干渉計３は、その駆動部３４（計測器駆動部または第１駆動部）によって、微動ステージ２２の移動にあわせて、Ｘ方向に移動する。輻射板８は、測長用干渉計３の干渉計ビームが開口８１を通過するように、その駆動部８２（輻射板駆動部または第２駆動部）によって、測長用干渉計３の移動にあわせて、Ｘ方向に移動する。なお、計測器駆動部と輻射板駆動部とは、アクチュエータを共有（共用）する一体の駆動部として構成してもよい。電子光学系１（図３参照）、輻射板７（および、これに付随する温度調整器９）、折り曲げミラー３３は、図示しない露光装置のフレーム上に載置され、移動しない。温度調整器９は、輻射板７・８の温度がウエハ５の温度に応じた目標温度になるように温度調整器制御部６４によって制御される。

主制御部６は、電子光学系制御部６１、ウエハステージ制御部６２、ステージ位置検出部（計測器制御部）６３、温度調整器制御部６４からのデータを処理したり、各制御部への指令等を行ったりする制御部である。これらの制御部を総括して単に制御部ともいう。

電子線描画装置１００は、ステップアンドリピート動作により、ウエハ５上の複数のショット領域それぞれにパターンを描画する。なお、ウエハステージ２に搭載されたウエハ５へのパターンの描画は、電子線を偏向する偏向器１３の制御やウエハステージ２の位置の制御によってなされる。そして、電子線の照射量、及び、ウエハステージの移動様態に応じて、主制御部６は、温度調整器制御部６４への指令を行う。この指令は、例えば、図４に示すフローチャートに記載された処理の手順にしたがって主制御部６（制御部）が行う。ステップＳ１では、ウエハに描画するパターンを決定する。ステップＳ２では、ステップＳ１で決定したパターンに応じて、電子線の照射量、及び、ウエハステージの移動の態様（様態）を決定する。ステップＳ３では、ステップＳ２で決定した電子線の照射量、及び、ウエハステージの移動態様に基づき、例えば、一枚のウエハを露光する期間における時々刻々のウエハの温度または温度分布を予測する。ステップＳ４では、ステップＳ３で予測したウエハの温度または温度分布に応じて、輻射板７・８の温度または温度分布を決定する。ステップＳ５では、ステップＳ４で決定した温度または温度分布に対応する指令値を生成して温度調整器制御部６４に与える。このようにして与えられた指令値にしたがって、温度調整器制御部６４は、温度調整器９を制御する。

描画（露光）が開始されると、ウエハ５は、電子線（露光光）のエネルギーを吸収して温度が上昇する。ウエハ５の温度が上昇すると、ウエハの熱歪により、ウエハ５と微動ステージ２２との相対位置が変化して、目標とする位置に電子線を照射できないという問題が生じうる。これに対し、温度調整器９により輻射板７・８の温度を下げると、輻射冷却によってウエハ５の温度変動を抑制することができる。したがって、ウエハ５と微動ステージ２２との相対位置ズレを低減することができる。ウエハ５と輻射板８との間の熱の輻射は、折り曲げミラー３３を介してなされる。

ここで、輻射による熱の移動量は、温度調整の対象（ウエハ５）と輻射板とが互いに対向するインターフェース部（表面）の面積と、該対象と輻射板との間の温度差とに依存する。当該面積や当該温度差が小さいほど、熱の移動量は小さく、当該面積や当該温度差が大きいほど、熱の移動量は大きい。このため、ウエハと輻射板とが互いに対向する部分の面積が十分に確保できないと、ウエハと輻射板との間の温度差を大きくする（輻射板の温度をより低くする）必要がある。輻射板の温度をより低くすると、冷却したくない他のユニット（例えば、電子光学系１を支持するフレーム等）への影響が大きくなる。また、冷却能力のより高い温度調整器が必要になるなどの弊害を引き起こす。

輻射板８が存在しない場合、ウエハと輻射板とが対向する領域は、図２に示すエリアＡ１のみとなる。一方、本実施形態では、輻射板８の存在によって、ウエハと輻射板とが対向する領域は、図２に示すエリアＡ１およびエリアＡ２となる。このため、他ユニットへの影響の小ささ、および、温度調整器の冷却能力の低さの少なくとも一方の点で有利となる。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態に係る露光装置の一部を示す図である。第１実施形態と同様の構成要素は、同様の符号を付し、説明を省略または簡略化する。

第２実施形態では、輻射板７・８は、複数の輻射板要素に分割されている。そして、複数の輻射板要素それぞれに温度調整器９が設けられている。このように輻射板を複数の輻射板要素に分割し、それぞれを異なる温度に調整することにより、ウエハの多様な温度分布に対応することが可能となる。

なお、図１における開口７１・開口７２・開口８１は、図５の構成においては、複数の輻射板要素７の間の隙間、または、複数の輻射板要素８の間の隙間として形成されている。このような隙間は、複数の輻射板要素７の全体や複数の輻射板要素８の全体をそれぞれ１つの輻射板としたときの当該輻射板の開口とみなすものとする。

〔第３実施形態〕
図６は本発明の第３実施形態に係る露光装置の一部を示す図である。第１実施形態と同様の構成要素は、同様の符号を付し、説明を省略または簡略化する。

第３実施形態では、輻射板８に設けられた開口８１は、測長用干渉計３の移動方向に長い長穴としている。このようにすれば、輻射板８は、その駆動部８２を省略して、図示しない露光装置のフレーム上に載置することができる。また、輻射板８は、輻射板７に比べてウエハから遠い位置に設置されている。このため、熱輻射が発散することを考慮すると、ウエハ５の輻射冷却に与える開口８１の影響はウエハ５の輻射冷却に与える開口７２の影響より小さい。したがって、本実施形態のような構成を採用しうるものである。

なお、以上の説明では、輻射板８が鉛直面に沿って配置される例を示したが、図７に示すように、折り曲げミラー３３ａ・３３ｂでレーザービームを２回折り曲げることにより、輻射板８を水平面に沿って配置することもできる。

〔第４実施形態〕
つぎに、本発明の一実施形態として、デバイスまたは物品（液晶表示デバイス、光学素子、リソグラフィー装置（露光装置）用マスク、等）の製造方法について半導体デバイスの製造方法を例にして説明する。半導体デバイスは、ウエハ（基板）に集積回路を形成する前工程と、前工程でウエハに形成された集積回路を製品として完成させる後工程とを経ることにより製造される。前工程は、前述の電子ビーム描画装置（露光装置）を使用して、レジスト（感光剤）が塗布されたウエハに電子ビームで描画を行う工程（基板を露光する工程）と、該描画（露光）工程で描画を行われた（露光された）ウエハを現像する工程とを含む。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）とを含む。本実施形態のデバイス製造方法は、従来の方法と比較して、物品の性能・品質・生産性・製造コストの少なくとも一つの点で有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。例えば、本発明は、真空中で基板を露光する電子線露光装置に限らず、ＡｒＦエキシマレーザー・Ｆ２レーザーなどの真空紫外光源やＥＵＶ光源を光源として用いて真空中で基板を露光する露光装置にも適用することができる。

１電子光学系（光学系）
２ウエハステージ（ステージ）
３測長用干渉計（計測器）
７輻射板（第１輻射板）
８輻射板（第２輻射板）
９冷却器（第１冷却器・第２冷却器）
３２Ｚ軸用反射鏡（反射鏡）
３３折り曲げミラー（ミラー）
３４計測器駆動部（第１駆動部）
１００電子線描画装置（露光装置）

Claims

真空中で基板を露光する露光装置であって、
前記基板を感光させるエネルギーを前記基板に照射する光学系と、
鏡面を有し、前記基板を保持して、前記光学系の光軸に垂直なＸ−Ｙ平面に沿って移動するステージと、
前記Ｘ−Ｙ平面に沿って進行するレーザー光を前記光軸に平行なＺ方向に折り曲げるミラーと、
前記ミラーを介して前記鏡面を照射した前記レーザー光により前記Ｚ方向における前記ステージの位置を計測する計測器と、
前記レーザー光が前記鏡面を照射するように前記ステージの移動に応じて前記計測器を移動させる第１駆動部と、
を有し、
前記Ｚ方向において前記光学系と前記ステージとの間に配置され、前記エネルギーを通過させる第１開口と前記第１駆動部による前記計測器の移動範囲にわたって前記レーザー光を通過させる第２開口とを有する第１輻射板と、前記第１輻射板を冷却する第１冷却器とを含み、前記基板を輻射冷却する第１冷却部と、
前記Ｘ−Ｙ平面に沿って進行する前記レーザー光を通過させる第３開口を有する第２輻射板と、前記第２輻射板を冷却する第２冷却器とを含み、前記ミラーと前記第２開口とを介して前記基板を輻射冷却する第２冷却部と、
をさらに有することを特徴とする露光装置。
前記第３開口は、前記第１駆動部による前記計測器の移動範囲にわたって前記レーザー光が通過するような形状を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記レーザー光が前記第３開口を通過するように前記ステージの移動に応じて前記第２輻射板を移動させる第２駆動部を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記エネルギーは、荷電粒子線を含む、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の露光装置。
前記第１駆動部と前記第２駆動部とは、アクチュエータを共有する、ことを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
前記第１輻射板および前記第２輻射板のうち少なくとも一方は、温度分布を持つように冷却される、ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の露光装置。
前記第１輻射板および前記第２輻射板のうち少なくとも一方は、複数の輻射板要素を含み、
前記第１冷却器および前記第２冷却器のうち少なくとも一方は、前記複数の輻射板要素のそれぞれを冷却する複数の冷却器を含む、ことを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
前記第１冷却部および前記第２冷却部のうち少なくとも一方を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記基板の温度分布に応じて、前記第１輻射板および前記第２輻射板のうち少なくとも一方が温度分布を持つように制御を行う、ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の露光装置。
前記制御部は、前記基板に照射される前記エネルギーの値と、前記ステージの移動様態とに基づいて前記基板の温度分布を予測する、ことを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
真空中で基板を露光する露光装置であって、
前記基板を感光させるエネルギーを前記基板に照射する光学系と、
鏡面を有し、前記基板を保持して、前記光学系の光軸に垂直な平面に沿って移動するステージと、
前記鏡面を照射した前記レーザー光により前記光軸に平行な方向における前記ステージの位置を計測する計測器と、
前記レーザー光が前記鏡面を照射するように前記ステージの移動に応じて前記計測器を移動させる駆動部と、を備え、
前記光学系と前記ステージとの間に配置され、前記エネルギーを通過させる第１開口と前記駆動部による前記計測器の移動範囲にわたって前記レーザー光を通過させる第２開口とを有する輻射板と、前記輻射板を冷却する冷却器とを含み、前記基板を輻射冷却する冷却部と、をさらに備えることを特徴とする露光装置。
基板を露光する露光装置であって、
鏡面を有し、前記基板を保持して移動するステージと、
前記鏡面に照射され前記鏡面で反射された計測光により、前記ステージの位置を計測する計測器と、
開口を有し、前記計測器と前記鏡面との間に配置される温度調整可能な輻射板と、
前記ステージの移動に応じて前記計測器を移動させる第１駆動部と、
前記輻射板を移動させる第２駆動部と、を備え、
前記第２駆動部は、前記計測光が前記開口を通過するように、前記ステージの移動に応じて前記輻射板を移動させることを特徴とする露光装置。
基板を露光する露光装置であって、
鏡面を有し、前記基板を保持して移動するステージと、
前記鏡面に照射され前記鏡面で反射された計測光により、前記ステージの位置を計測する計測器と、
前記計測器と前記鏡面との間に配置される温度調整可能な輻射板と、を備え、
前記鏡面は、前記ステージの移動方向に平行な方向に長い形状をしており、
前記輻射板は、前記計測光を通過させる開口を有することを特徴とする露光装置。
基板を露光する露光装置であって、
鏡面を有し、前記基板を保持して移動するステージと、
前記鏡面に照射され前記鏡面で反射された計測光により、前記ステージの位置を計測する計測器と、
前記計測光を通過させる開口を有し、前記計測光の光路において前記計測器と前記鏡面との間に配置される温度調整可能な第１輻射板と、
前記計測光を通過させる開口を有し、前記計測光の光路において前記計測器と前記第１輻射板との間に配置される温度調整可能な第２輻射板と、を備え、
前記第２輻射板の開口は、前記第１輻射板の開口よりも小さいことを特徴とする露光装置。
請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
露光された前記基板を現像する工程と、
を有することを特徴とするデバイス製造方法。