JPH04333217A - 縮小投影露光装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、縮小投影露光技術に関
し、特に、半導体基板に対する縮小投影露光による回路
パターンの転写精度の向上に適用して有効な技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、ホトリソグラフィによる半導
体装置の製造工程では、半導体基板（ウェハ）に所望の
回路パターンを転写する方法として、レチクルなどの原
版を透過した露光光を所望の縮小率で転写する周知の縮
小投影露光技術が用いられている。すなわち、Ｘ−Ｙテ
ーブル上に載置されたウェハの移動および停止と、停止
位置における露光光の照射とを繰り返す（ステップ・ア
ンド・リピート）ことにより、ウェハの全面に規則的に
配列された素子形成領域の各々に、所望の回路パターン
を反復転写するものである。

【０００３】ところで、このような縮小投影露光技術で
は、ウェハ吸着後のウェハ平坦度、平坦度のばらつきは
、焦点マージンを減少させ、転写精度の劣化の一因とな
り、好ましくない。このため、従来では、Ｘ−Ｙテーブ
ル上に、ウェハと同等の口径を有する真空チャックを設
け、ウェハの全面を一括して吸着固定することにより、
ウェハ全域のうねりなどを矯正することが行われていた
。

【０００４】なお、半導体装置の製造工程における縮小
投影露光技術については、たとえば、株式会社工業調査
会、昭和６１年１１月１８日発行、「電子材料」１９８
６年１１月号Ｐ１０１〜Ｐ１０９、などの文献に記載さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の従来
技術のように、ウェハ全面を一括して真空吸着する場合
には、以下のような問題がある。

【０００６】（１）．ウェハ全面を真空チャックによっ
て吸着固定することにより、平坦度のばらつきを矯正す
るため、ウェハ面内の部分的な領域（たとえば１５ｍｍ
×１５ｍｍ）　の平坦度が真空チャック自体の吸着面の
加工精度に影響される。

【０００７】（２）．ウェハの全面を吸着する構造の真
空チャックでは、ウェハ搬送アームや受け渡しピン等を
逃がすための穴や切欠溝などを吸着面の一部に形成せざ
るを得ず、部分的に平坦度が劣る箇所が発生する。

【０００８】（３）．ウェハの大口径化に伴い、真空チ
ャックも大口径のものを製作する必要があるが、たとえ
ば研磨加工などによって、大口径の吸着面の全体を高平
坦度にするためには、高度な加工技術が要求され、チャ
ック製作での歩留りが低くなり、製作コストが高くなる
。

【０００９】したがって、本発明の目的は、被露光物の
全域で高い平坦度または形状の一様性を実現することに
より、縮小投影光学系の焦点深度のマージンを大きくし
て、パターンの転写精度を向上させることが可能な縮小
投影露光技術を提供することにある。

【００１０】本発明の他の目的は、縮小投影光学系の像
面弯曲を被露光物の側で補正して、被露光物の全域で高
精度のパターン転写を行うことが可能な縮小投影露光技
術を提供するこにある。

【００１１】本発明の他の目的は、低コストで、被露光
物の大口径化および転写パターンの高精度化に対応する
ことが可能な縮小投影露光技術を提供することにある。

【００１２】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１４】すなわち、本発明の縮小投影露光装置は、
原版を所望のパターンに透過した光を被露光物に照射す
る縮小投影光学系と、被露光物の縮小投影光学系に対す
る相対的な位置決め動作を行う位置決め機構と、被露光
物を介して縮小投影光学系に対向する位置に配置され、
縮小投影光学系の露光領域と同等な寸法および形状の吸
着面を有する真空チャックとを備え、この真空チャック
によって被露光物の露光領域を背面側から真空吸着した
状態で、当該露光領域に対する縮小投影光学系による光
の照射を行うようにしたものである。

【００１５】また、本発明の縮小投影露光装置は、縮小
投影光学系の露光領域と同等な寸法および形状の吸着面
を有する真空チャックが位置決め機構とは独立に設けら
れ、位置決め機構による被露光物の間歇的な移動および
停止動作の繰り返しによって被露光物内の複数の露光領
域の各々に対する光の照射を行う際に、個々の露光領域
を同一の真空チャックによって背面側から吸着支持する
ものである。

【００１６】また、本発明の縮小投影露光装置は、縮小
投影光学系の露光領域と同等な寸法および形状の吸着面
を有する真空チャックの吸着面を縮小投影光学系の像面
弯曲に倣う形状に加工したものである。

【００１７】

【作用】上記した本発明の縮小投影露光装置によれば、
真空チャックの吸着面の大きさが、現状のウェハなどの
被露光物の大きさ（たとえばφ２００ｍｍ　〜φ１２５
ｍｍ）よりも遙かに小さな、任意の位置決め位置におけ
る一回の縮小投影露光操作（ワン・ショット）分の露光
領域（たとえば２０ｍｍ×２０ｍｍ）程度になり、吸着
面を安価かつ容易に高平坦度に加工することができる。 このため、この真空チャックの高平坦度の吸着面に露光
領域を吸着支持するすることにより、露光領域の平坦度
のばらつきを矯正して高精度に平坦化することができ、
縮小投影光学系の焦点深度のマージンが大きくなり、露
光領域の全体を焦点深度内に一致させることが可能とな
って、被露光物に対するパターンなどの転写精度が向上
する。

【００１８】また、ウェハの移動動作や位置決めなどを
行う位置決め機構と真空チャックとを独立にして、ステ
ップ・アンド・リピートによって順次露光される複数の
露光領域の各々を、真空チャックの吸着面によってその
都度支持することにより、被露光物の全体を一括して吸
着支持する場合に比較して、被露光物の全域を、均一な
平坦度で露光することができ、被露光物全体における焦
点深度のマージンが大きくなり、パターン転写精度を向
上させることができる。

【００１９】また、縮小投影光学系に固有な像面弯曲に
倣って、真空チャックの吸着面に意図的に凹凸を形成す
ることにより、当該像面弯曲に起因する露光領域の各部
における焦点ずれを補正することができ、パターン転写
精度をより向上させることができる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の一実施
例である縮小投影露光装置について詳細に説明する。図
１は、本発明の一実施例である縮小投影露光装置の構成
の一例を模式的に示す断面図であり、図２はその平面図
、さらに、図３は、その一部を取り出して示す斜視図で
ある。

【００２１】本体ベース１の上には、一対のローラベア
リング２およびローラベアリング３を介して、Ｙステー
ジ４が、図１の紙面に垂直な方向（Ｙ方向）に滑動自在
に搭載されており、当該本体ベース１に支持されたボー
ルネジ５およびサーボモータ６による駆動動作によって
、Ｙ方向における移動および停止動作が行われる構造と
なっている。

【００２２】また、本体ベース１とＹステージ４との間
には、本体ベース１の側に支持され、Ｙステージ４の側
の溝に嵌合するリニア・ガイド７が介設されており、Ｙ
ステージ４の高精度の直線移動を保証している。

【００２３】このＹステージ４の上には、前記ローラベ
アリング２および３に直交する方向に敷設された一対の
ローラベアリング８およびローラベアリング９を介して
、Ｘ方向（図１の左右方向）に滑動自在にＸステージ１
０が搭載されており、このＸステージ１０の平坦な上面
に、表面にホトレジストが塗布されたウェハ１４（被露
光物）が載置されている。

【００２４】ウェハ１４が載置されるＸステージ１０は
、Ｙステージ４に支持されたボールネジ１１およびサー
ボモータ１２によって、当該Ｘ方向における移動および
停止動作が制御される構造となっている。また、Ｙステ
ージ４とＸステージ１０との間には、Ｙステージ４の側
に支持され、Ｘステージ１０の底面に刻設された溝に嵌
合するリニア・ガイド１３が介設されており、Ｙステー
ジ４のＹ方向における高精度の直線移動を保証している
。

【００２５】ウェハ１４が載置されるＸステージ１０の
上方には、図示しない光源から放射され、図示しないレ
チクルなどの原版を所望のパターンに透過した露光光１
６を、所望の縮小倍率でＸステージ１０に載置されたウ
ェハ１４の露光領域１４ａに照射する露光操作を行う縮
小投影光学系１５が、光軸をＸステージ１０に対して垂
直にした姿勢で配置されており、本体ベース１に支持さ
れている。

【００２６】そして、Ｙステージ４およびＸステージ１
０の移動動作を適宜組み合わせて、Ｘステージ１０に載
置されたウェハ１４の所望の部位を、縮小投影光学系１
５の光軸上に位置決めして、露光光１６による露光操作
を行うものである。

【００２７】この場合、Ｙステージ４の中央部には、Ｙ
方向に長手方向を有するチャック逃溝４ａが開設されて
いるとともに、Ｘステージ１０には、載置されるウェハ
１４のほぼ全面に対応してチャック逃穴１０ａが開設さ
れている。また、チャック逃穴１０ａの周囲には、図示
しない真空吸着穴が開設されており、Ｘステージ１０に
対して、ウェハ１４を安定に保持したり、保持状態を解
除する操作が行われるようになっている。

【００２８】本体ベース１には、Ｙステージ４のチャッ
ク逃溝４ａおよびＸステージ１０のチャック逃穴１０ａ
を貫通する真空チャック１７が、縮小投影光学系１５の
光軸位置に、当該真空チャック１７の回転および上下動
動作を行うΘＺテーブル１８を介して固定されている。 すなわち、真空チャック１７は、Ｙステージ４およびＸ
ステージ１０の各々の直線変位を妨げることなく、常に
、縮小投影光学系１５の光軸上に位置される。

【００２９】この真空チャック１７の吸着面１７ａは、
図３に示されるように、吸着領域の寸法Ｅが、ウェハ１
４におけるワン・ショット分の露光領域１４ａの寸法Ｅ
とほぼ等しくなるように設定されており、高精度で平坦
に加工されている。また吸着面１７ａには吸引溝１７ｂ
が縦横に格子状に均一に刻設され、この吸引溝１７ｂは
、図示しない真空ラインに接続された真空吸引穴１７ｃ
に連通している。そして、後述のように、縮小投影光学
系１５による露光操作に際して、ウェハ１４の露光領域
１４ａを背面側から吸着面１７ａによって吸着保持する
動作を行うことにより、露光領域１４ａが当該吸着面１
７ａの高精度の平坦面に一致するように矯正される。

【００３０】また、吸引溝１７ｂの存在により、吸着面
１７ａに付着する異物などは、当該吸引溝１７ｂに捕捉
され、異物などの介在に起因するウェハ１４の露光領域
１４ａの傾斜が防止される。

【００３１】なお、真空チャック１７の吸着面１７ａは
、前述のように、単に、高精度に平坦に加工することに
限らず、必要に応じて、たとえば、縮小投影光学系１５
の、ウェハ１４上の露光領域１４ａの位置における像面
弯曲に倣うように、意図的に凹凸形状に加工してもよい
。

【００３２】以下、上記構成の縮小投影露光装置の作用
の一例について説明する。

【００３３】まず、一主面にホトレジストが塗布された
ウェハ１４を、Ｘステージ１０に所定の姿勢で載置し、
チャック逃穴１０ａの周辺部に配置されている図示しな
い吸着穴によって、ウェハ１４の周辺部を安定に吸着固
定する。

【００３４】次に、ΘＺテーブル１８の上昇動作によっ
て、ウェハ１４の中央部の背面側に、真空チャック１７
の吸着面１７ａを当接させ、当該真空チャック１７によ
ってウェハ１４を吸着保持する同時に、Ｘステージ１０
に対する固定状態を解除し、ウェハ１４をＸステージ１
０から真空チャック１７に持ち替える動作を行う。

【００３５】そして、ウェハ１４上の図示しない位置合
わせマークなとに基づいて、当該ウェハ１４の縮小投影
光学系１５の光軸の回りの位置ずれを計測し、当該位置
ずれを打ち消す方向にΘＺテーブル１８、すなわちウェ
ハ１４を回動させて補正するプリアライメントを行う。

【００３６】その後、ΘＺテーブル１８を降下させ、前
述と逆の手順によって、ウェハ１４を真空チャック１７
からＸステージ１０に持ち替える。

【００３７】さらに、ウェハ１４の図示しない位置合わ
せマークの位置になどに基づいて、Ｙステージ４および
Ｘステージ１０の移動動作を適宜制御し、ウェハ１４の
目的の露光領域１４ａを縮小投影光学系１５の光軸上、
すなわち真空チャック１７の直上に位置決めする。

【００３８】そして、ΘＺテーブル１８の上昇動作によ
ってウェハ１４の背面側に、真空チャック１７の吸着面
１７ａを当接させ、当該真空チャック１７によってウェ
ハ１４を吸着保持する同時に、Ｘステージ１０に対する
固定状態を解除し、ウェハ１４をＸステージ１０から真
空チャック１７に持ち替える動作を行う。

【００３９】これにより、ウェハ１４の露光領域１４ａ
は、真空チャック１７の吸着面１７ａの高精度の平坦面
または、縮小投影光学系１５の像面弯曲に倣う形状に、
平坦度が矯正される。

【００４０】そして、この状態の露光領域１４ａに対し
て、縮小投影光学系１５から、露光光１６を照射し、所
望のパターンに露光領域１４ａの図示しないホトレジス
トを感光させる露光操作を行う。

【００４１】この時、露光領域１４ａが、高度に平坦ま
たは、縮小投影光学系１５の像面弯曲に倣う形状に平坦
度が矯正されているため、露光領域１４ａの全体におけ
る縮小投影光学系１５の焦点深度のマージンが大きくな
り、当該露光領域１４ａの全域が、縮小投影光学系１５
の焦点深度内に確実に入り、ボケや歪みなどの誤　　差
を生じることなく、露光領域１４ａのホトレジストに所
定のパターンが高精度に転写される。

【００４２】こうして、特定の露光領域１４ａに対する
露光処理を終えた後、前述とは逆の動作で、ウェハ１４
を真空チャック１７からＸステージ１０に持ち替え、Ｙ
ステージ４およびＸステージ１０の移動動作の組み合わ
せによって、ウェハ１４の他の露光領域１４ａを、縮小
投影光学系１５の光軸上、すなわち真空チャック１７の
直上部に位置決めして、上述の露光操作を繰り返す。す
なわち、ステップ・アンド・リピートによって、ウェハ
１４の全域に所定のパターンを転写する。

【００４３】この時、従来のように、ウェハ１４の全面
を一括して吸着支持した状態でウェハ１４の各部の複数
の露光領域１４ａの各々に対するステップ・アンド・リ
ピートによる露光操作を行う場合には、ウェハ１４の全
体を支持する真空チャックの各部における平坦度のばら
つきが、ウェハ１４の平坦度のばらつきに反映し、また
、ウェハ１４の着脱動作を行うために刻設される逃溝な
どの存在により、局部的に平坦度が劣る領域が存在する
ことは避けられず、焦点位置ずれの一因となる。このた
め、ウェハ１４の各部における転写パターンの精度が不
安定となることは避けられない。また、強いて、このよ
うな不都合を回避するためには、ウェハ１４と同等の広
い面積全体を、一様に高精度に平坦に加工する必要があ
り、真空チャックの製作が非常に困難になるととも、加
工コストも必要以上に高くなるという問題を生じる。

【００４４】これに対して、本実施例の場合には、真空
チャック１７の吸着面１７ａの寸法が、ワン・ショット
分の露光領域１４ａと同等の比較的小寸法に設定され、
露光領域１４ａのみを選択的に真空吸着を行うので、真
空チャック１７の吸着面１７ａを比較的容易かつ低コス
トで高精度に加工できる。また、真空チャック１７の周
囲の空間は、ウェハ１４の着脱動作などを行う図示しな
い搬送機構の出入りなどに全く自由に使うことができ、
露光領域１４ａの平坦度などを損なう逃溝などを、真空
チャック１７自体に形成する必要がない。このため、全
体が一様に高精度に加工された吸着面１７ａによって、
露光領域１４ａを縮小投影光学系１５による露光操作に
適した、平坦または像面弯曲に倣った形状に矯正して、
高精度のパターン転写を実現することができる。

【００４５】さらに、真空チャック１７は、Ｙステージ
４およびＸステージ１０の移動動作を妨げることなく、
当該Ｙステージ４およびＸステージ１０とは独立に本体
ベース１に支持されて縮小投影光学系１５の光軸上に常
に位置するので、Ｙステージ４およびＸステージ１０の
移動動作によるステップ・アンド・リピートによって、
ウェハ１４上の複数の露光領域１４ａの全体について、
真空チャック１７の同一の吸着面１７ａにより、同等の
高精度のパターン転写を行うことができる。

【００４６】この結果、ウェハ１４の露光領域１４ａに
形成される半導体装置の品質や歩留りを向上させること
ができる。

【００４７】また、真空チャック１７の製作に要する費
用が削減され、低コストで高精度を有する縮小投影露光
装置を実現することができる。またウェハ１４の大口径
化および、転写パターンの高精度化に容易に対応するこ
とができる。

【００４８】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００４９】たとえば、真空チャックの吸着面の形状・
面積は、矩形に限らず、円形など、任意の形状および面
積であってもよい。また、Ｘ，Ｙステージ、さらには縮
小投影光学系の構成は、前記実施例に例示したものに限
定されない。

【００５０】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００５１】すなわち、本発明の縮小投影露光装置によ
れば被露光物の全域で高い平坦度または形状の一様性を
実現でき、被露光物に対する縮小投影光学系の焦点深度
のマージンが大きくなり、パターンの転写精度が向上す
るという効果が得られる。

【００５２】また、本発明の縮小投影露光装置によれば
、縮小投影光学系の像面弯曲を被露光物の側で補正でき
、被露光物の全域で高精度のパターン転写を行うことが
できるという効果が得られる。

【００５３】また、本発明の縮小投影露光装置によれば
、低コストで被露光物の大口径化および転写パターンの
高精度化に対応することができるという効果が得られる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である縮小投影露光装置の構
成の一例を模式的に示す断面図である。

【図２】その平面図である。

【図３】その一部を取り出して示す斜視図である。

【符号の説明】

１　　本体ベース ２　　ローラベアリング ３　　ローラベアリング ４　　Ｙステージ ４ａ　　チャック逃溝 ５　　ボールネジ ６　　サーボモータ ７　　リニア・ガイド ８　　ローラベアリング ９　　ローラベアリング １０　　Ｘステージ １０ａ　　チャック逃穴 １１　　ボールネジ １２　　サーボモータ １３　　リニア・ガイド １４　　ウェハ（被露光物） １４ａ　　露光領域 １５　　縮小投影光学系 １６　　露光光 １７　　真空チャック １７ａ　　吸着面 １７ｂ　　吸引溝 １７ｃ　　真空吸引穴 １８　　ΘＺテーブル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　原版を所望のパターンに透過した光を
   被露光物に照射する縮小投影光学系と、前記被露光物の
   前記縮小投影光学系に対する相対的な位置決め動作を行
   う位置決め機構と、前記被露光物を介して前記縮小投影
   光学系に対向する位置に配置され、前記縮小投影光学系
   の露光領域と同等な寸法および形状の吸着面を有する真
   空チャックとを備え、この真空チャックによって前記被
   露光物の前記露光領域を背面側から真空吸着した状態で
   、当該露光領域に対する前記縮小投影光学系による前記
   光の照射を行うことを特徴とする縮小投影露光装置。
2. 【請求項２】　　前記真空チャックが前記位置決め機構
   とは独立に設けられ、前記位置決め機構による前記被露
   光物の間歇的な移動および停止動作の繰り返しによって
   前記被露光物内の複数の前記露光領域の各々に対する前
   記光の照射を行う際に、個々の前記露光領域を同一の前
   記真空チャックによって背面側から吸着支持することを
   特徴とする請求項１記載の縮小投影露光装置。
3. 【請求項３】　　前記真空チャックの前記吸着面が、前
   記縮小投影光学系の像面弯曲に倣う形状に加工されてな
   ることを特徴とする請求項１または２記載の縮小投影露
   光装置。