JPH0391916A - 露光方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体素子製造用の露光方法、特にＸ線源から
のＸ線でマスクを介してウェハを露光することにより、
マスクに形威されているパターンをウェハに焼付ける露
光方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子は急速に高集積化が
進み、これらの製造分野では超微細なパターンを半導体
素子のもととなる半導体ウェハ上に形成するための加工
技術が求められている。このため、マスクに形威されて
いるパターンを半導体ウェハに焼付けるための露光方法
では、パターンの焼付線幅の微細化を可能とするために
露光エネルギー光の短波長化が進められている。遠紫外
線、Ｘ線等を用いた露光方法は既に提案されている。

〔発明が解決しようとしている問題点〕ところが、Ｘ線
のような短波長光はエネルギーが高く、ウェハに塗布さ
れているフォトレジストを感光させるための必要露光量
に達するまでに、マスクやウェハにエネルギーが蓄積さ
れ、温度上昇を引き起こす。温度が上昇することによっ
てマスクやウェハは熱膨張等による歪を生じ、結果的に
露光精度の劣化を招くという欠点があった。

本発明の目的は、マスクやウェハの温度上昇を抑え、こ
れらを適正温度に保ったまま微細かつ高精度の焼付が実
現できる露光方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明に係る露光方法は、
マスクのパターンをウェハに焼付ける露光方法において
、１ショットの露光を行なう際、マスクあるいはウェハ
の温度がパターンの焼付線幅等により規制される露光可
能温度範囲を越えない様に、温度監視機構を設けたりあ
るいは予め露光時間と温度変化の関係を知っておくなど
の方法で得たタイミングで、露光エネルギーを遮断する
シャッターを駆動したりあるいは露光エネルギー源を点
滅させる等の制御を行なう。このようにして露光途中に
露光休止時間を設け、マスクやウェハに蓄積された熱を
放出し、放熱後再び露光を続けることによりウェハへの
パターン焼付精度を向上させるものである。

〔実施例〕

第１図において、１はパターンが形成されているマスク
、２は半導体ウェハ、３はマスク１を保持するマスクス
テージ、４はウェハ２を保持するウェハステージで、ウ
ェハステージ４はウェハ４上の各ショットにマスク１の
パターンをステップアンドリピートで順に焼付けること
を可能とするためにＸＳＹの各軸方向に移動可能となさ
れている。マスク１とウェハ２はＸＹ面に垂直なＺ軸方
向に僅かに離れて対向配置されている。

５はマスクステージ３に固着されているマスク（マスク
ステージ）温度測定用の温度センサ、６はウェハステー
ジ４に固着されているウェハ（ウェハステージ）温度測
定用の温度センサ、７はマスクｌに形成されているパタ
ーンをウェハ２に焼付けるために、マスク１を介してウ
ェハに照射される露光エネルギー、例えばエキシマレー
ザ源からの遠紫外線もしくはＳＯＲリングからのＸ線、
を発生するための線源、８は線源からの露光エネルギー
（以下Ｘ線と記載する）をマスク１およびウェハ２に対
して遮断するためのシャッターである。シャッター８は
線源７からのＸ線９を図示の状態から遮断する。

１０はマスク１とウェハ２のそれぞれに設けられている
アライメントマーク（不図示）を光電的に検出して、両
者のＸＹ面における位置ずれ量を計測するアライメント
エラー計測器、１１はこの装置全体をコントロールする
ためのコントローラ、１２はシャッター８を駆動するた
めのシャッター駆動装置、１３はマスクステージ３、ウ
ェハステージ４から熱を奪うためにマスクステージ３、
ウェハステージ４に所望の温度に調整された流体、例え
ば水をそれぞれ任意の流量で供給することが可能な温度
流体供給装置、１４はウェハステージ４をＸＹ面に沿っ
て移動するためのステージ駆動装置である。シャッター
駆動装置１２、温調流体供給装置ｌ３、ステージ駆動装
置１４は、コントローラ１１からの指令に基づいて動作
する。また、コントローラ１１には温度センサ５，６と
アライメントエラー計測器１０のそれぞれの計測値が入
力されている。

この装置は、第２〜４図のフローチャートに示すように
３つの動作モードを有しており、不図示のキーボードを
介してオペレーターが３つの動作モードから１つの動作
モードを任意に選択することが可能である。以下、この
装置の動作を第２図のフローチャートから順に説明する
。

この第２図のフローチャートの例では、温調流体供給装
置１３は、露光時も非露光時も、マスクステージ３とウ
ェハステージ４に供給される流体によって発生するマス
クステージ３および／またはウェハステージ４の振動が
パターンの焼付精度に影響を与えない程度の一定値の流
量をマスクステージ３とウェハステージ４に供給してい
る。この例では、マスク１をマスクステージ３にチャツ
キングさせ、ウェハ２をウェハステージ４にチャツキン
グさせた後、第２図に示すフローチャートに従ってウェ
ハ４の１ショットの露光を行なう。先ず、ステップＳ０
１で露光の累積時間を計測するタイマをリセットすると
共に、ステツブ８０２でアライメントエラー計測器１０
によりマスク１とウェハ２の間のアライメントエラーを
計測し、このアライメントエラーを補正するようにウェ
ハステージ４をステージ駆動装置１４によって移動して
、両者をアライメントする。そして、ステップ３０３で
シャッター駆動装置１２によりシャッター８を開いて、
線源７からのＸ線のマスク１とウェハ２への照射を開始
させて、マスク１を介したウェハ２の露光を開始させる
と共に、前述のタイマの計時を露光開始と同時にスター
トさせる。

露光中のマスク１やウェハ２の温度は露光時間に伴い第
６図（ａ）に示すグラフの様に上昇する。そこで、本例
では第２図のステップＳＯ４で、マスクステージ３およ
びウェハステージ４のそれぞれに設けられた温度センサ
５，６でマスク１、ウェハ２の温度を監視し、第６図（
ｂ）のグラフに示す様にマスク１あるいはウェハ２の温
度が露光可能温度範囲を越えないようにしている。

すなわち、まずステップＳＯ４でマスク１あるいはウェ
ハ２の温度が露光を継続して良い温度範囲内か否かを判
別する。そうでない場合は、ステップＳＯＳに分岐し、
シャッター駆動装置１２を用いてシャッター８を閉じて
露光を中断し、タイマを止める。そして第６図（ｂ）に
示す露光休止に入る。露光休止中にマスク１（マスクス
テージ３）やウェハ２（ウェハステージ４）に蓄積され
た熱は温調流体供給装置１３から供給されている流体に
より放出され温度が下がる。

次に、第２図のステップＳＯ６で温度センサ５．６で監
視して温度がある程度下がったら、または収束し始めた
らステップＳＯ２もそくはステップ８０３に戻る。露光
中はステップＳＯ４で温度を監視しながらステップＳＯ
７でタイマーを用いて露光時間の累計も監視しているの
で、上記手順を繰り返しながら露光時間の累計が１ショ
ット分の露光量を得るのに必要な時間になったらスチッ
プＳ０８でシャッター８を閉じて１ショットの露光を終
了する。

なお、この例でステップＳＯ６で温度が所定温度以下と
判定された後、ステップＳＯ２に戻る場合は、マスク１
とウェハ２のアライメントが再実行されることになる。

即ち、この場合には、第６図（ｂ）の休止が終了して露
光が再開されるごとにアライメントが実行されることに
なる。これは休止時間中にマスク１とウェハ２間にアラ
イメントエラーが発生してしまう可能性が高い場合に有
効であるが、そうでない場合には、ステップＳＯ６から
第２図に点線で示すようにステップＳＯ３に戻るように
しても良い。当然、この場合には、マスクｌとウェハ２
のアライメントは最初の露光開始の前に一度だけ行なわ
れることになる。

次に、第３図のフローチャートの動作を説明する。この
例は、第２図のフローチャートの例に対して、温調流体
供給装置１３からマスクステージ３、ウェハステージ４
に供給される流体の流量が露光時と休止時（非露光時）
で変化するようになっている点が異なっている。即ち、
この例では、露光時にはマスクステージ３、ウェハステ
−ジ４に供給装置１３から供給される流体の流量をマス
クステージ３、ウェハステージ４の流体における振動が
パターンの焼付精度に影響を与えない程度とし、非露光
時には流量を増加させてマスク１（マスクステージ３）
　ウェハ２（ウェハステージ４）に蓄積されている熱の
放熱を早めている。これによれば、第３図のステップ１
８で所定温度以下と判定されるまでの時間が第２図の例
の場合に比して短かくなる。

この例では、先ず、ステップＳｌｌで温調流体供給装置
１３からマスクステージ３、ウェハステージ４に供給さ
れる流体の流量を露光時の値に設定した後、第２図と同
様に、ステップＳ１２でタイマリセット、ステップＳ１
３でアライメント、ステップＳ１４でシャッター８の開
とタイマーの計時を開始させて、線源７からのＸ線９に
よるマスク１を介したウェハ２の露光を開始させる。

露光中、ステップ８１５では、温度センサ５，６により
マスク１（マスクステージ３）、ウェハ（ウェハステー
ジ４）の温度がパターン焼付精度に影響を与えない温度
範囲内かそうでないかを監視し、ステップＳ２０では、
タイマーの累計時間が所定の露光時間に達っしたか否か
を判定している。露光中に、即ち、ステップＳ２０の判
定が露光時間に達っしたとなる前に、もし、ステップＳ
１５で温度が高くなって範囲外と判定された際には、ス
テップＳ１６に進んで、シャッター８をシャッター駆動
装置ｌ２により閉じると共に、タイマの計時をストツブ
する。そして、ステップＳ１７で温調流体供給装置１３
からマスクステージ３、ウェハステージ４へ供給させて
いる流体の流量を増加させて非露光時の流量に戻し、マ
スク１（マスクステージ３）、ウェハ２（ウェハシテー
ジ４）に照射されたＸ線９によって蓄積された熱を急速
に放熱させる。即ち、放熱の速度を露光時よりも早くす
る。

この状態で、ステップＳ１８では、温度センサ５．６に
よりマスク１（マスクステージ３）、ウェハ２（ウェハ
ステージ４）の温度を監視し、所定の温度以下、即ちス
テップＳ１５で設定されている温度範囲内となった時に
、ステップＳ１９に進み温調流体供給装置１３からマス
クステージ３、ウェハステージ４に供給されている流体
の流量を減少させて、流量を露光時の値に再設定し、こ
の後、ステップＳ１３もしくはステップＳ１４に戻る。

どちらに戻るかは、事前のオペレータからの指示により
選択されている。また、その意味は前述した如くである
。

この動作を繰り返している内に、ステップＳ２０でタイ
マーの累計時間が所定の露光時間に達っしたら、ステッ
プＳ２１でシャッター８をシャッター一駆動装置１２に
より閉じて、そのショットの露光を終了させ、その後、
ステップＳ２２でマスクステージ３、ウェハステージ４
に供給される流体の流量を増加させて、流量を非露光時
の値に戻す。

また、第４図のフローチャートに示す例は、第２図の例
に対して、スッツプＳ３５（第２図のステップＳＯＳと
同じ）とステップＳ３７（第２図のステップＳＯ６と同
じ）の間に、ステップ８３６で示される温度変化を考慮
したアライメントステップを設けている点が異なってい
る。このステップＳ３７では、アライメントエラー計測
器３７によってマスク１とウェハ２間のアライメントエ
ラーの計測を行なうと共に、この時のマスク１（マスク
ステージ３）、ウェハ２（ウェハステージ４）の温度を
計測′し、この計測温度とステップＳ３７の所定温度の
差によって生ずるマスク１、ウェハ２の熱収縮の割合を
考慮して先の計測アライメントエラー量を修正し、この
修正したアライメントエラー量だけウェハステージ４を
ステージ駆動装置１４によって移動している。これによ
れば、ステップＳ３７で温度が所定温度になった時には
、マスク１とウェハ２は所定の関係にアライメントされ
ることになる。この例では、ステップＳ３５で露光が休
止され、マスク１（マスクステージ３）　ウェハ２（ウ
ェハステージ４）の放熱が温調流体供給装置１３からの
流体によって行なわれている際に、これと平行動作的に
アライメント動作を行なって、ステップＳ３７で所定温
度以下と判定される前にマスク１とウェハ２のアライメ
ント動作を完了させることが可能となる。このため、第
２図の例のように、ステップＳＯ６で所定温度以下と判
定された後にアライメント動作を開始するものに比して
、露光休止時間をより短かくすることができる。

なお、この例において、他のステップＳ３１〜Ｓ３４、
Ｓ３８〜Ｓ３９は、第２図のステップＳＯ１〜ＳＯ４、
ＳＯ７〜ＳＯ８と同じ内容なので、ここではその説明を
繰り返えさない。

これらの動作では、そのときの温度上昇に応じて１ショ
ット当りの露光回数は異なる。１回の露光で終了する場
．合もあるし、多数回の露光を必要とする場合もある。

また、ステップアンドリピート方式の露光装置に適用す
る場合には、１枚のウェハでも各ショット毎に露光の回
数が異なる。

第５図は、本発明の他の実施例に係るＸ線露光装置の概
略構成図である。第１図で用いた温度センサ５，６の代
わりにマスクとウェハ２のアライメントエラー計測器１
０を用いるものである。露光シーケンスは例えば第２図
のものと同様であるが、前記第１の実施例と異なるのは
温度変化の検知方法である。

すなわち、第５図の装置においては、露光中にアライメ
ントエラー計測器１０で、アライメント光３２を用いて
マスク１とウェハ２との位置ずれ量を検出し、ずれ量に
よって温度変化を監視する。一定量以上のずれが生じた
ら温度が上昇したと判断し、シャッター駆動装置工２を
用いてシャッター８を閉じて露光を中断する。そして、
やはりずれ量によって温度が下がったことを確認してか
ら露光を再開する。

なお、露光中に温度監視を行なわずに露光時間と温度変
化の関係、露光休止時間と温度変化の関係から予め１回
の露光時間および露光休止時間を設定し、露光中はタイ
マー制御でシャッター８の開閉を行なうこととしてもよ
い。この方法によると単位時間当たりの光量が一定なら
ば同一光量を必要とするショットの露光回数は等しくな
る。

さらに、露光休止を行なう手段としてシャッターを用い
ずに光源自身を点滅させる方法を用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による露光方法を用いれば
、例えばマスクおよびウェハの温度を適性温度範囲に保
ったまま長時間のＸ線露光が可能となるため、Ｘ線の短
波長性を生かした微細かつ高精度な焼付が実現できる。

また、長時間高精度の露光が可能となることからレジス
トの選択範囲も拡がる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るＸ線露光時間の一実施例を示す図
、第２図は第１図の実施例の動作を示すフローチャート
、第３図は第１図゛の実施例の他の動作を示すフローチ
ャート、第４図は第１図の実施例の更に他の動作を示す
フローチャート、第５図は本発明に係わるＸ線露光装置
の他の実施例を示す図、第６図は露光および休止の各時
間とマスクおよび／またはウェハの温度との関係を示す
図である。 １・・・マスク、２・・・ウェハ、３・・・マスクステ
ージ、４・・・ウェハステージ、５，６・・・温度セン
サ、８・・・シャッター　１０・・・アライメントエラ
ー計測器、１１・・・コントローラ、１３・・・温調流
体供給装置。 司 ７ 図 惰３肉

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスクを温度制御された流体が供給されているマ
   スクステージに保持するステップと、ウェハを温度制御
   された流体が供給されているウェハステージに保持する
   ステップと、上記マスクに形成されているパターンを上
   記ウェハに焼付けるために上記マスクを介して上記ウェ
   ハを露光源からの露光エネルギーで露光するステップと
   、上記マスク及び／または上記ウェハの温度が上記パタ
   ーンの線幅に基づいて規制される露光可能温度範囲を越
   えないように露光途中で上記露光を休止するステップと
   、上記露光休止期間に上記マスク及び／または上記ウェ
   ハに上記露光エネルギーによって蓄積された熱を放出す
   るステップと、加熱後上記露光を再開するステップを有
   することを特徴とする露光方法。
2. （２）上記マスク及び／または上記ウェハの温度を測定
   する温度測定器の測定結果に基づいて上記露光の休止と
   再開を制御する請求項１記載の露光方法。
3. （３）上記露光源からの露光エネルギーを遮断するシャ
   ッターによって上記露光の休止を行なう請求項１記載の
   露光方法。
4. （４）上記露光時と上記休止時で上記流体の供給量が変
   化する請求項１記載の露光方法。
5. （５）マスクを温度制御された流体が供給されているマ
   スクステージに保持するステップと、ウェハを温度制御
   された流体が供給されているウェハステージに保持する
   ステップと、上記マスクと上記ウェハをアライメントエ
   ラー測定器を用いて所定の位置関係にアライメントする
   ステップと、上記マスクに形成されているパターンを上
   記ウェハに焼付けるために上記マスクを介して上記ウェ
   ハを露光源からの露光エネルギで露光するステップと、
   上記マスク及び／または上記ウェハの温度が上記パター
   ンの線幅に基づいて規制される露光可能温度範囲を越え
   ないように露光途中で上記露光を休止するステップと、
   上記露光休止期間に上記マスク及び／または上記ウェハ
   に上記露光エネルギーによって蓄積された熱を放出する
   ステップと、上記アライメントエラー測定器を用いて上
   記マスクと上記ウェハを再度アライメントした後、上記
   露光を再開するステップを有することを特徴とする露光
   方法。
6. （６）上記マスク及び／または上記ウェハの温度を測定
   する温度測定器の測定結果に基づいて上記露光の休止と
   再開を制御する請求項５記載の露光方法。
7. （７）上記露光源からの露光エネルギーを遮断するシャ
   ッターによって上記露光の休止を行なう請求項５記載の
   露光方法。