JPH09270457A - 露光装置 - Google Patents

露光装置

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JPH09270457A
JPH09270457A JP10374896A JP10374896A JPH09270457A JP H09270457 A JPH09270457 A JP H09270457A JP 10374896 A JP10374896 A JP 10374896A JP 10374896 A JP10374896 A JP 10374896A JP H09270457 A JPH09270457 A JP H09270457A
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JP
Japan
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semiconductor substrate
wafer
cooling
wafer chuck
chuck
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Keigo Kano
圭吾 加納
Atsushi Takubi
篤 田首
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces
    • G03F7/707Chucks, e.g. chucking or un-chucking operations or structural details
    • G03F7/70708Chucks, e.g. chucking or un-chucking operations or structural details being electrostatic; Electrostatically deformable vacuum chucks
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    • G03F7/708Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70858Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
    • G03F7/70883Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of optical system
    • G03F7/70891Temperature

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェハ上に高精度のパターンを形成し得る露
光装置を提供する。 【解決手段】 半導体基板に回路パターンを形成する露
光装置であって、半導体基板10を静電吸着により固定
保持するための半導体基板吸着部の上層部を誘電層9と
すると共に下層部4をセラミック製とした半導体基板吸
着手段2と、半導体基板吸着手段2に温度調整用冷却媒
体を流すための媒体流路12を具備し、この媒体流路1
2に流した温度調整用冷却媒体が半導体基板10に直接
接触して、半導体基板10を冷却するようにした冷却手
段3,12と、を有している。温度調整用冷却媒体がヘ
リウムガスである。露光中の半導体基板10の温度上昇
を抑え、レジストの感度変動や半導体基板10の熱膨張
をなくすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
係り、ホトレジストを塗布した半導体ウェハに回路パタ
ーンを露光する露光装置、特にウェハ等の基板を保持す
るための基板保持装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体リソグラフィ工程においては、露
光装置によりマスクを介してウェハを露光し、そのウェ
ハ上にパターンを転写形成している。高精度のパターン
を形成するためにはウェハの温度を一定に維持し、熱に
よるウェハの変形を極力防止する必要がある。
【0003】このため例えば特開平4−85918号公
報に開示されている方法によれば、ウェハを吸着するウ
ェハチャック内部に温度制御用の冷却媒体を流してウェ
ハチャックを冷却し、ウェハチャック上のウェハ温度を
一定に保っている。また、特開平1−205419号公
報に開示されている方法では、露光時に発生する熱を抑
えるため、ウェハチャックを搭載したステージを冷却す
ることにより間接的にウェハを冷却している。なお、従
来の露光装置においては、ウェハを保持する方法として
真空チャックを主に用いていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の露光装
置では、ウェハを保持する方法として真空チャックを行
うため、異物等によるウェハチャック上の凹凸の影響を
さけるためにウェハとウェハチャックの接触面積を小さ
くしている。そのためウェハの冷却効率は悪く、ウェハ
の温度が上昇して温度に敏感なレジストの感度が変わっ
てしまい、均一な精度でパターンが形成できないという
問題があった。
【0005】またウェハチャックを搭載したステージを
冷却する方法では、間接的にウェハを冷却しているの
で、冷却効率が悪く、露光による温度上昇によって半導
体基板が熱膨張し、その露光位置のズレが大きくなると
いう問題があった。
【0006】そこで本発明の目的はかかる実情に鑑み、
ウェハ上に高精度のパターンを形成し得る露光装置を提
供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の露光装置は、半導体基板に回路パターンを形
成する露光装置であって、半導体基板を静電吸着により
固定保持するための半導体基板吸着部の上層部を誘電層
とすると共に下層部をセラミック製とした半導体基板吸
着手段と、前記半導体基板吸着手段に温度調整用冷却媒
体を流すための媒体流路を具備し、この媒体流路に流し
た前記温度調整用冷却媒体が前記半導体基板に直接接触
して、前記半導体基板を冷却するようにした冷却手段
と、を有している。
【0008】また、本発明の露光装置において、前記温
度調整用冷却媒体がヘリウムガスであることを特徴とす
る。
【0009】本発明によれば、露光装置の半導体基板吸
着手段における上層部分を誘電層、また下層部分を熱伝
動率の高いセラミック製にし、静電吸着によって半導体
基板を吸着する。更に半導体基板を直接冷却媒体によっ
て冷却する機構を備えることで半導体基板に対する冷却
効率を格段に高めることができる。これにより露光中の
半導体基板の温度上昇を抑えることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、本発明によ
る露光装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。図1
は、本発明の実施形態における概念的に示す斜視図であ
る。この投影露光装置は、パターン転写を直接行う光学
系1と、パターン転写されるシリコン等の半導体ウェハ
10を支持するウェハステージ(図示せず)上に搭載さ
れたウェハチャック2と、冷却用パイプ3とにより構成
されている。
【0011】光学系1は、水銀ランプ等から成る光源1
01、コンデンサレンズ102及び結像レンズ103等
を備え、レチクルやフォトマスク110のパターンをウ
ェハチャック2上のウェハ10表面に所望の縮小率、例
えば1/5の縮小率で投影するようになっている。
【0012】図2は、ウェハチャック2の模式図であ
る。ウェハチャック2におけるウェハ10と直接接触す
る上層部分は、ウェハ冷却用の冷却通路12が設けられ
た誘電層9により構成される。また、ウェハチャック2
は、所謂XYステージ(図示せず)上に搭載されてお
り、XY直交2軸に沿って移動可能とする。
【0013】図3は、図2のA−A′線に沿った断面構
造を示している。ウェハチャック2の上層部分は上記の
ように誘電層9で成り、また下層部分4の材料にはセラ
ミックスが用いられ、静電吸着によってウェハ10をウ
ェハチャック2の表面上に吸着固定することができる。
ウェハチャック2の下層部分4の上面に内部電極5が形
成されると共に、下層部分4に形成した孔6を介して外
部に外部電極7を引き出し、この外部電極7を電源8に
接続する。内部電極5は絶縁性誘電層9にて覆われ、こ
の誘電層9上に導電性試料、例えばウェハ10が載置さ
れる。このウェハ10に対して、電源8に接続する電極
11を接触させ、その結果発生する静電力によってウェ
ハ10がウェハチャック2に吸着されるようになってい
る。
【0014】上記の場合、ウェハ10の交換時にはウェ
ハ10から電極11を離し、このように静電力を切って
からウェハチャック2に組み込まれたピン(図示せず)
によってウェハ10を持ち上げて行うことができる。
【0015】ウェハチャック2の表面には、冷却ガスを
通すための冷却通路12が形成されている(図2及び図
3)。この実施形態において冷却ガスとして主にHeガ
スが用いられ、予め23℃前後の温度となるようにコン
トロールされて冷却通路12に送られる。冷却ガスは冷
却通路12を通り、ウェハチャック2上のウェハ10裏
面を直接冷却する。冷却ガスの出口側の配管の径が絞っ
てあり、ガスの圧力を高めてから、ゴミ等の発生源とな
らないようにウェハチャック2の横から冷却ガスを放出
するようになっている。更に、ウェハチャック2の下層
部分4内には冷却水用配管13が配置され、ウェハチャ
ック2本体を冷却して間接的にウェハを冷却している。
【0016】ここで、ウェハチャック2の下層部分4は
前述のようにセラミックス材料から成り、具体的にはA
2 3 等の酸化物、Si3 4 又はAlN等の窒化
物、或いはSiC等の炭化物を用いる。そして、特に熱
伝動率が高く絶縁性に優れた窒化物または炭化物を用い
れば、冷却水用配管13を設けた場合に誘電層9上面の
冷却効率の向上及び熱分布の均一化を図ることができ
る。
【0017】また、ウェハチャック2の冷却通路12を
通る冷却ガスは直接ウェハ10に接触するため、従来の
真空チャック方式のウェハチャックに比べ、冷却効果、
均熱化及びコンパクト化等の点で格段に有利である。
【0018】次に、本発明による露光装置の第2の実施
の形態を説明する。図4は、この実施形態におけるウェ
ハチャック2の縦断面図である。ウェハチャック2の下
層部分4の表面に内部電極5を形成する場合、スクリー
ン印刷法或いはエッチング法等の厚膜形成技術によれば
パターン化することができる。第2の実施形態ではかか
る厚膜形成技術を利用してウェハチャック2の下層部分
4上に複数の内部電極5を形成し、これらの内部電極5
を誘電層9によって覆い、ウェハ10に電極を接触させ
ずに静電力で吸着し得るようにしたものである。
【0019】また、静電力(F)は一般に次式で表され
る。 F=(1/2)ε0 ・εS ・S(V/d)2 ここに、ε0 =真空誘電率、εS =比誘電率、S=誘電
面積、d=誘電層の厚さである。
【0020】ε0 、εS 及びSはそれぞれ材質或いは構
造で決まる。電圧(V)を高くすることなく静電力
(F)を高めるには誘電層の厚さ(d)を薄くすれば良
いのであるが、前述したスクリーン印刷或いは溶射では
薄膜化に一定の限度がある。そこで、CVD法(Chemic
al Vapor Deposition )又はPVD法(Physical Vapor
Deposition)法等の薄膜形成法により、内部電極5及び
誘電層9を形成しても良い。
【0021】具体的には上記CVD法又はPVD法によ
ってウェハチャック2の下層部分4上にTiC、TiN
等を0.5μm以下に形成し、これを内部電極5とす
る。この内部電極5上にAl2 3 、Si3 4 等の緻
密な絶縁性薄膜10〜20μm形成し、これを誘電層9
とすれば静電力を大幅に高めることが可能となる。
【0022】また、ウェハ10の交換時には電源8を切
り、静電力を切ってからウェハ10をステージに組み込
まれたピン(図示せず)で持ち上げて行う。なお、その
他冷却機構は前述の第1の実施形態の場合と同様である
ため、ここでは説明を省略するものとする。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、投
影露光装置のウェハチャックの上層部分を誘電層、また
下層部分を熱伝動率の高いセラミック製にし、静電吸着
によってウェハを吸着し、更にウェハを直接ガス冷却す
る機構を備えることでウェハの冷却効率を格段に高める
ことができる。これにより露光中の半導体基板(ウェ
ハ)の温度上昇を抑えることができ、レジストの感度変
動や半導体基板(ウェハ)の熱膨張をなくすことができ
る。従って常に所定の縮小率でパターン転写を忠実に実
現でき、特に微細パターンを高精度に転写形成する上で
極めて有効である等の利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態における概念的な構成
を示す斜視図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る静電吸着式ウェ
ハチャックの模式図である。
【図3】本発明の第1の実施形態に係る静電吸着式ウェ
ハチャックの断面図である。
【図4】本発明の第2の実施形態に係る静電吸着式ウェ
ハチャックの断面図である。
【符号の説明】
2 ウェハチャック 3 冷却用パイプ 4 下層部分(セラミックス) 5 内部電極 7 外部電極 8 電源 9 上層部分(誘電層) 10 ウェハ 11 電極 12 冷却通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/30 515G 516E 23/46

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に回路パターンを形成する露
    光装置であって、 半導体基板を静電吸着により固定保持するための半導体
    基板吸着部の上層部を誘電層とすると共に下層部をセラ
    ミック製とした半導体基板吸着手段と、 前記半導体基板吸着手段に温度調整用冷却媒体を流すた
    めの媒体流路を具備し、この媒体流路に流した前記温度
    調整用冷却媒体が前記半導体基板に直接接触して、前記
    半導体基板を冷却するようにした冷却手段と、を有する
    ことを特徴とする露光装置。
  2. 【請求項2】 前記温度調整用冷却媒体がヘリウムガス
    であることを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
JP10374896A 1996-03-29 1996-03-29 露光装置 Withdrawn JPH09270457A (ja)

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Effective date: 20030603