JPH02260411A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は投影露光装置に関する。さらに詳しくは、半
導体素子製造においてフォトリソグラフィに好適な投影
露光装置に関する。

（ロ）従来の技術及び課題 従来、ウェハ上に半導体素子を作製する場合、フォトリ
ソグラフィ技術が用いられるが、これには投影露光装置
が用いられている。該装置は、光源、所定のマスクを支
持するマスク支持部及びウェハを保持するウェハチャッ
クをこの順に備え、さらにマスクとウェハチャックとの
間になんらかの光学系を介在させて光源からの照射によ
るマスクパターンを、ウェハチャック上のウェハ表面に
投影して露光できるよう構成されている。

一般にフォトリソグラフィにおいては、ウェハ上に数枚
のマスクにより繰返しパターニングを行うが、このとき
現工程パターンを前工程パターンに重ね合わせる作業が
最も重要なものとなる。例えば第６図に示すごとく、フ
ォトリソグラフィではウェハの全面において前工程パタ
ーン（１０で表示）の位置に現工程パターン（１１で表
示）がパタニングされることが理想である（同図（ａ）
）。

しかしながらこの作業ではしばしば前工程バタンと現工
程パターンとの“ずれ（以下デイスト−ジョンという）
”が発生する。そしてこのデイスト−ジョンは、ウェハ
のオリエンテーションフラット（以下０．Ｆ、と記す）
に対して平行な方向（同図（ｂ））、回転方向（同図（
ｃ））　、垂直な方向（同図（ｄ））にそれぞれ生ずる
。

このようなデイスト−ジョンが生じた場合、府工程パタ
ーンと現工程パターンの重ね合わせ精度の余裕をみてお
く必要かあり、これは微細化にとっては不利となる。ま
たディストーシジンが大きい場合には得られる半導体素
子の特性が劣化することにもなる。

そこで従来、平行方向及び回転方向のデイスト−ジョン
に対しては装置の光学系の調整により制御し、垂直方向
のデイスト−ジョンに対しては下記する温調方式により
制御していた。

上記温調方式は、装置全体の温調とマスク温調との両方
を行うものである。この方式が考え出された当時、マス
ク材質（当時主流はＬＥガラス）とウェハ（シリコン）
は熱膨張係数がほぼ等しく（例えばマスク＋　３．７Ｘ
　１０−＠／’Ｃに対し、ウェハ：　３．５Ｘ　１０−
’／’Ｃである）、０．Ｆ、に垂直方向のデイスト−ジ
ョンは、マスクとウェハの温度差により調整可能なもの
であるので（温度差１℃で４インチウェハ両端で０．３
５〜０．３７μｍの変化）、装置全体の温調にて装置内
をほぼ室温（すなわちウェハ保管温度）と同一にした状
態で、ディストーンヨンの調整はマスクの温度のみで十
分行うことかできた。

しかしながらその後パターンの微細化、品質向上化に伴
いマスク材質は石英（膨張係数：４．０〜５、ＯＸ　１
０−’／’Ｃ’）が主流となってきた。この為マスクと
ウェハとの膨張係数に差が生じ、マスクの温度変化だけ
ではデイスト−ジョンの調整が不可能（何故ならば温度
変化ピＣで４インヂウ工ハ両端で０．０４〜０．０５μ
ｍ）となってきた。また一方、室温（ウェハ保管温度）
と希望ウェハ温度に差がある場合、装置全体を温調する
乙のではウェハの温度追従性が悪い。

この発明はかかる状況に鑑み為されたものであり、ウェ
ハの温度追従性を良好にして、精度良くデイスト−ジョ
ン調整を制御しうる投影露光装置を提供しようとする乙
のである。

（ハ）課題を解決するための手段 かくしてこの発明によれば、光源、所定のマスクを支持
するマスク支持部及びウェハを保持するウェハチャック
をこの順に備えてなる投影露光装置において、ウェハチ
ャック上の任意の位置に温度検知手段を設け、該温度検
知手段に基づいてウェハチャックを所望の温度に調節し
うる温調手段を付設したことを特徴とする投影露光装置
が提供される。

この発明の装置は、ウェハチャックに温度検知手段を設
けこの温度検知手段に基づいてウェハチャックを温調す
る温調手段を付設する以外は、装置全体の温調及び／又
はマスクの温調可能な当該分野で公知のものをそのまま
利用できる。この場合用いられる光学系はレンズであっ
てもミラーであってもよく、投影方式は等倍であっても
縮小であってもよい。

この発明の装置においてウェハチャックの任意の位置に
温度検知手段が設けられる。この場合上記温度検知手段
は、ウェハチャックの中心部に設けられることが好まし
い。またこのウェハチャックに保持されるウェハにキズ
等をつけることなく、かつウェハの温度をできるだけ￥
１良く検出できるよう設けられろことが好ましい。従っ
てウェハチャックに埋設することが好ましい。上記温度
検知手段としては、当該分野で通常用いられろ温度セン
サでかつ微小な温度変化に追従できるものか好ましい。

この発明の装置において、ウェハチャックに付設される
温調手段は、上記温度検知手段に基づいて、このウェハ
チャックに保持されるウェハ全体を任意の温度にかつ均
一に加熱及び／又は冷却できるものであればいずれの構
成であってもよい。

この構成は例えば、電流制御によるものであっても流体
制御によるものであってもよい。上記電流制御によるも
のとしては、ウェハチャック内の任意の場所に複数のヒ
ータを分散して埋設しこれを上記温度検知手段の信号に
基づいて加熱制御を行う構成、同様に複数のベルチェ素
子を分散して埋設しこれを上記温度検知手段の信号に基
づいて冷却制御を行う構成、更にこれらを組合せて加熱
／冷却する構成等が挙げられる。また他のｉ：！　凋手
段の構成としては、ウェハチャックのウェハ保持面に渦
巻き状の循環流路を埋設し、かつウェハチャック外にこ
の流路を引き出し、そこで循環流体の温調を行い、この
温調制御を温度検知手段の信号に基づいて行う構成等が
挙げられる。

上記のごときウェハチャックに温調手段を付設する際は
、通常該ウェハチャックにおけろウェハ保持手段が吸着
によるものであるため、この吸着を阻害しないように樹
脂等でシールすることが必要となる。

（ニ）作用 この発明によれば、ウェハチャックに設けられた温度検
知手段に基づいてウェハチャックに付設された温調手段
が制御され、ウェハに直接意図する熱伝導が行われてウ
ェハの膨張・収縮の幅が拡か拡がることとなる。

以下実施例によりこの発明の詳細な説明するが、これに
よりこの発明は限定されるものではない。

（ホ）実施例 第１図はこの発明の投影露光装置の一例の反射式等倍投
影露光装置の構成の概略図である。該装置（１）は、ウ
ェハ（２）及びマスク（３）を対向配置して固定できか
つこの状態で図中の矢印方向に走査できろ走査キャリッ
ジ（４）と、光源及び反射鏡を有してマスク形状をウェ
ハ上の特定領域に等倍像で結像できる光学系（５）とか
ら主として構成されている。

上記キャリッジ（４）のウェハを取り付けるウェハチャ
ック（４１）には、後述するごとく、ウェハの伸縮を制
御する温調手段が設けられている。

上記光学系（５）の原理構成を第２図に示す。すなわち
相対する２つの反射鏡（一方が凸面鏡（５１）、他方が
凹面鏡（５２）　）を組み合わせ、同図（イ）におけろ
破線で示された半径ｒ。の円上に等倍像が結像されると
ころ、同図（ロ）のようにさらにフォールディングミラ
（Ｒ，、Ｒ，）を用いて等倍像を９０゜方向転換して、
Ｏ’、Ｉ’を焦点円弧とできるよう構成されている。従
って上記キャリッジに固定されたマスク側からの照射光
を、このマスクに対向して固定されたウェハ上に等倍で
結像でき、このキャリッジを走査させることによりウェ
ハ全面を露光できることとなる。

上記ウェハチャック（４１）に設けられている温調手段
の構成例を第３図及び第４図に示す。

第３図は、ウェハを膨張させる加熱方向の温調手段が組
み込まれた構成例である。すなわちウェハチャック（４
１）の任意の箇所、この場合は５カ所にヒータ（４ａ）
（４ｂ）（４ｃ）（４ｄ）（４ｅ）を設けると共に、中
央に温度センサ（４２）を設けて構成されたものである
。上記各ヒータ及び温度センサの取り付けに際しては、
ウェハチャックの所定位置に開けられた貫通孔に該ウェ
ハチャックの裏面方向から取り付けられた後、各貫通孔
が裏面から耐熱性樹脂でシールされることにより、ウェ
ハチャック表面の気密性を保持するように構成される。

この温調手段によれば、各ヒータを電流制御すると共に
これらのヒータの加熱により伝導されるウェハチャック
の温度上昇状況を上記温度センサ（４２）により監視し
、意図する温度に設定することができる。

第４図は、ウェハを膨張・収縮できる加熱／冷却両方向
の温調手段が組み込まれた構成例である。

すなわちウェハチャック（４１）内においてウェハ吸着
面近傍側に、循環水流路（４３）が渦巻き状に埋設され
、この渦巻き中心（すなわちウェハチャック中心部）に
温度センサ（４４）を設けると共に、上記循環水流路（
４３）をウェハチャック外に引き出して、そこに循環ポ
ンプ（４５）及び循環水温調器（４６）を取り付けて構
成されたちのである。上記温度センサ（４４）の取り付
けは第３図において説明したごとく行われる。一方循環
水流路（４３）は、ウェハチャックに予め設けられてい
るウェハ吸着園構を阻害しない範囲で、該流路埋設用の
溝を設けてそこに配設されることが好ましい。この場合
循環水流路のうちウェハチャック内に設けられる部分は
熱伝導性の良好な材質例えば銅、ステンレススチール等
で構成され、ウェハチャック外に引き出される部分には
断熱材で被覆等の処理がなされることが好ましい。循環
ポンプ（４５）は通常の水流ポンプが用いられろ。また
循環水温調器（４６）は、循環水貯留槽と該貯留槽内に
設けられる加熱用の投げ込みヒータ及び／又は冷却水に
より構成されろらのが適している。

この温調手段によれば、ウェハの膨張をき図する場合は
、循環水温調器により加熱して加熱水を循環水流路に循
環しこの加熱循環水により伝導されるウェハチャックの
温度上昇状況を上記温度センサ（４４）により監視し、
意図する温度に設定することができる。一方つエバの収
縮を意図する場合は、循環水温調器により冷却して冷却
水を循環水流路に循環１．この冷却循環水により伝導さ
れろウェハチャックの温度降下状況を上記温度センサ（
４４）により監視し、意図する温度に設定することがで
きる。

以上の装置において、デイスト−ジョンの発生とその調
整について第５図により簡略に述べろ。

同図アには、上記装置（１）における対向して保持され
たウェハ（２）及びマスク（３）と、これらを保持する
走査キャリッジ（４）の回転軸（０との関係のみを示す
。なおウェハはオリエンテーションフラット（０，Ｆ、
という）を上方にして保持されている。

）上ｉ２０．Ｆ、に対して平行方向のディストンヨンは
、同図イのごとく、マスクのスキャンの半径ＲＭと、ウ
ェハのスキャンの半径Ｒ，，との関係かＲ９≠Ｒｗとな
ったとき発生する。すなわちスキャン角θはマスクしウ
ェハら同一であるから、例えばＲＭ　＞　Ｒ−の場合、
マスクのスキャン長さＲ，θがウェハ上ではＲ２Ｏと縮
小されて投影されることとなる（同図つ参照）。このよ
うなディストーンヨンは、装置のフォールディングミラ
を回転さ仕光路を変更することにより調整することがで
きる。

）また上記０．Ｆ、に対して回転方向のデイスト−ジョ
ンは、同図工のごとく、スキャンの半径と直角方向のズ
レを生じているときに発生する。

すなわち半径Ｒ８と半径Ｒ，，の中心Ａ、Ｂが同図オの
ごとく一致していないとき、マスクの方向（＝）かウェ
ハ上ではに）方向にある角度でズレを生じて投影される
こととなる。このようなデイスト−ジョンについても装
置のフォールディングミラを回転させ光路を変更するこ
とにより調整することかできる。

１１１）上記０．Ｆ、に対して垂直方向のディストンヨ
ンが発生した場合は、上述した温度調節によりウェハの
温度を変えて膨張または収縮させて、平行及び垂直方向
に動かして垂直方向の調整をした後、上記ｉ）の方法で
同時に動いてしまった平行方向の調整を行うことにより
、調整することができる。

以上この発明によれば、ウェハへの熱伝導が直接行われ
るので、意図する膨張・収縮の幅が広がりオリエンテー
ションフラット（０，Ｆ、）に対して垂直な方向のデイ
スト−ジョンの調整が迅速に行えることとなる。

（へ）発明の効果 この発明によれば、ウェハの温度追従性が良好になり、
精度良くデイスト−ジョン調整を制御でき、デイスト−
ジョン安定性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の投影露光装置の一例の反射式等倍投
影露光装置の構成の概略図、第２図は第１図の装置の光
学系の原理を説明する構成説明図、第３図は温調手段を
配設したウェハチャックの一例の平面構成説明図、第４
図は温調手段を配設したウェハチャックの他の例の平面
構成説明図、第５図はデイスト−ジョンの発生原理を説
明する簡略図、第６図はデイスト−ジョンの状態を説明
する概略図である。 （２）・・・・・・ウェハ、（３）・・・・・マスク、
（４）・・・・・走査キャリッジ、（５）・・・・・光
学系、（４１）・・・・・ウェハチャック、 （４２）、（４４）・・・・・・温度センサ、（４３）
・・・・・・循環水流路、　（４５）・・・・・・循環
ポンプ、（４６）・・・・・・循環水温調器、（５１）
・・・・・凸面鏡、（５２）・・・・・・凹面鏡、 （１０）・・・・・・前工程パターン、（１１）・・・
・・・現工程パターン。 第 図 第 図 （イ） （ロ） 第 図 ヱ ヘマ ｆ１！ 図 竿４図 ｂ 六幇 シτコ 図 （ａ） （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源、所定のマスクを支持するマスク支持部及びウ
   ェハを保持するウェハチャックをこの順に備えてなる投
   影露光装置において、 ウェハチャック上の任意の位置に温度検知手段を設け、
   該温度検知手段に基づいてウェハチャックを所望の温度
   に調節しうる温調手段を付設したことを特徴とする投影
   露光装置。