JPH11135407A

JPH11135407A - 露光方法および装置

Info

Publication number: JPH11135407A
Application number: JP9311313A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-10-28
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 1999-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、半導体装置などの製造の際のフォト
リソグラフィ工程で使用される露光装置に関し、ウエハ
ホルダーの温度を制御することができる露光方法および
露光装置を提供することを目的とする。【解決手段】ウェハｗを保持するウェハホルダーＷＨ
と、ウェハホルダーＷＨがウェハＷを保持するのに先立
ってウェハＷの温度を調節するヒートプレート２１を備
え、ウェハホルダーＷＨに保持されたウェハＷにパター
ンを露光する露光装置において、露光に起因するウェハ
ホルダーＷＨの温度変化に関するデータを検出する検出
センサ２７と、検出した温度変化に関するデータに基づ
いてヒートプレート２１を制御するウェハ温度制御装置
１３とを備えるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、液晶
表示装置、あるいは薄膜磁気ヘッド等を製造する際のフ
ォトリソグラフィ工程で用いられる露光方法および装置
に関し、特に、露光の際に基板を載置する基板保持手段
の温度を制御する露光方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置、液晶表示装置、あるいは薄
膜磁気ヘッドを製造する際のフォトリソグラフィ工程で
は、マスクと基板とを近接させて一括露光するいわゆる
プロキシミティ方式の露光装置や、レチクルあるいはマ
スク（以下、レチクルという）に形成された回路パター
ンを投影光学系を介して半導体ウェハやガラスプレート
（以下、ウェハという）上に投影露光する投影露光装置
が用いられている。この投影露光装置としては種々の方
式のものがあるが、例えば半導体装置の製造の場合、レ
チクルの回路パターン全体を一度に投影し得るイメージ
フィールドを持つ投影光学系を介してウェハをステップ
・アンド・リピート方式で露光する投影露光装置と、レ
チクルを１次元に走査しつつ、ウェハをそれと同期した
速度で１次元に走査させる、いわゆるステップ・アンド
・スキャン方式の投影露光装置とがある。そして、これ
らの露光装置を用いて高い露光精度を実現するには、レ
チクルとウェハを高精度で位置合わせ（アライメント）
することが要求されている。

【０００３】ところで、これらの露光装置を用いてレチ
クル上のパターンをウェハに露光する際には、ウェハ上
の感光部材（レジスト）およびウェハ自身に露光光が直
接照射されるので、この露光光の照射エネルギーの一部
がウェハに吸収されて熱エネルギーとなり、ウェハ自体
の温度はわずかながら上昇する。例えば、ステップ・ア
ンド・リピート方式を用いた投影露光装置によりウェハ
表面のほぼ全面に露光を行う場合には、ウェハ全体が平
均的に温度上昇する。このウェハの温度上昇によりウェ
ハを膨張させる力が発生するが、ウェハを真空吸着によ
り固定しているウェハホルダーからの拘束力により、ウ
ェハの膨張は抑えられるのでアライメント誤差を生じる
ことはない。

【０００４】ところが、ウェハを真空吸着保持している
ウェハホルダーのウェハとの接触部から、ウェハに蓄積
された熱エネルギーがわずかずつウェハホルダーに伝達
され、ウェハホルダー自体の温度もわずかながら上昇す
る。仮にウェハホルダーの膨張係数が比較的大きいとす
ると、ウェハから伝達された熱エネルギーによりウェハ
ホルダー自体が膨張する。そのためウェハホルダーに真
空吸着保持されているウェハも膨張することになり、レ
チクルとウェハのアライメント誤差が発生し得る。例え
ば、セラミック材料であるＳｉＣでウェハホルダーを作
製した場合を考えると、ＳｉＣの膨張係数は、１ｐｐｍ
／°Ｃ程度であるから、０．２°Ｃだけウェハホルダー
が温度上昇すると、ウェハを０．２ｐｐｍだけ膨張させ
ることになる。

【０００５】従って、露光に先立って行うウェハのアラ
イメント時には、ウェハには照射エネルギーは加えられ
ていないのであるから、露光時の露光光の照射エネルギ
ーの一部が熱エネルギーに変換されてウェハが０．２ｐ
ｐｍだけ膨張したとすれば、−０．２ｐｐｍのスケーリ
ング誤差が発生することになる。これによるアライメン
ト誤差の発生を防止するには、ウェハホルダーをできる
だけ膨張させ難い素材で、かつ、熱伝達率を低くする為
にウェハホルダーとウェハ裏面との接触率が少なくなる
ように作製することが望ましく、そのため実際のウェハ
ホルダーには、温度膨張率が０．０５ｐｐｍ／°Ｃであ
るゼロデューアと呼ばれる素材を用い前述の接触率を１
〜８％程度にして使用されている。この素材は温度膨張
率が低いだけでなく、熱伝達率も低いので、１枚のウェ
ハ露光時にウェハホルダーが膨張することはほとんどな
く、前述のようなアライメント誤差は発生しない。ま
た、超高圧水銀ランプ等から射出されるｉ線を露光光に
用いた露光処理に代えて、エキシマレーザ光を露光光に
用いた露光処理にすれば、ウェハ表面に高感度レジスト
を塗布して使用することができるので、露光光の照射に
よりウェハに蓄積される熱エネルギーの伝達によるウェ
ハホルダーの熱膨張量はさらに小さくできる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
１枚のウェハを露光しただけではウェハホルダーが膨張
することはほとんどなく、上述のようなアライメント誤
差は発生しない。しかし、数十枚、数百枚のウェハを連
続して露光処理したとすれば、ウェハホルダーにはわず
かずつ熱エネルギーが蓄積されていくことになり、図７
に示すようにウェハ処理枚数に応じて徐々にウェハホル
ダーの温度は上昇していく。図７において、横軸は露光
処理回数を表し、縦軸は温度を表している。図中の「ウ
ェハ照射時温度」は、１枚のウェハをウェハホルダーに
載置して露光光の照射を繰り返した場合のウェハ自身の
温度変化を示している。また、図中「ウェハホルダー温
度」は、１枚のウェハに対して所定の回数の露光を行っ
たらウェハを交換し、順次新たなウェハに対して所定の
回数の露光を行った場合のウェハホルダーの温度変化を
示している。

【０００７】ウェハホルダーの熱伝達率、およびウェハ
ホルダーとウェハとの接触面積等の条件により異なる
が、図７に示すようにウェハの温度が上昇すると、わず
かずつウェハの熱エネルギーがウェハホルダー側に伝達
され、ウェハホルダー自体も温度上昇していくことにな
る。

【０００８】このようにウェハホルダーの温度が上昇し
てしまうと、ウェハホルダーを保持するウェハステージ
の温度、ウェハステージの位置を測長するレーザ干渉計
の光軸上の空気の温度、ウェハ表面の投影光学系の結像
面との位置合わせを行うオートフォーカス光学系の光軸
上の空気の温度、あるいは投影光学系の結像面の空気の
温度に対して相対的にウェハホルダーの温度が変化する
ことから、ウェハホルダーを原因として、これらの装置
構成間の雰囲気内に空気の揺らぎが発生してしまうとい
う問題を生じる。

【０００９】また、上述のようにウェハホルダーは、ウ
ェハを真空吸着により保持しているが、その保持面にゴ
ミ等が付着しているとウェハの平面度が悪化するという
問題も有している。

【００１０】本発明の目的は、ウェハホルダーの温度を
制御することができる露光方法および露光装置を提供す
ることにある。特に本発明の目的は、露光光が照射され
るウェハを保持して熱エネルギーが伝達されるウェハホ
ルダーの温度上昇を抑制することができる露光方法およ
び装置を提供することにある。また、本発明の目的は、
ウェハの平面度を悪化させない露光方法および装置を提
供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の一実施の形態を
表す図１乃至図５に対応付けて説明すると上記目的は、
基板（Ｗ）を保持する基板保持手段（ＷＨ）と、基板保
持手段（ＷＨ）が基板（Ｗ）を保持するのに先立って基
板（Ｗ）の温度を調節する温度調節手段（２１，２２）
とを備え、基板保持手段（ＷＨ）に保持された基板
（Ｗ）にパターンを露光する露光装置において、露光に
起因する基板保持手段（ＷＨ）の温度変化に関するデー
タを検出する検出手段（２７）と、検出した温度変化に
関するデータに基づいて温度調節手段（２１，２２）を
制御する制御手段（１３）とを備えたことを特徴とする
露光装置によって達成される。

【００１２】そして、制御手段（１３）は、露光により
基板（Ｗ）に与えられる熱量をほぼ相殺するように、温
度調節手段（２１，２２）を介して基板（Ｗ）の温度を
制御することを特徴とする。また、温度調節手段（２
１，２２）は、基板（Ｗ）に照射された露光光による基
板保持手段（ＷＨ）の温度上昇を抑制するように基板
（Ｗ）の温度を調節することを特徴とする。さらに、温
度調節手段（２１，２２）は、基板（Ｗ）裏面の一部に
接触して基板（Ｗ）を所定の温度に設定し、基板保持手
段（ＷＨ）は、基板（Ｗ）裏面の他部に接触して基板
（Ｗ）を載置するようにしてもよい。そして、基板
（Ｗ）を所定の温度に設定する際に基板（Ｗ）裏面の他
部を洗浄する洗浄機構（２４，２５）を有するようにし
てもよい。

【００１３】また、上記目的は、基板（Ｗ）を基板保持
手段（ＷＨ）により保持して、保持された基板（Ｗ）に
パターンを露光する露光方法において、露光に起因する
基板保持手段（ＷＨ）の温度変化に関するデータを検出
する温度検出ステップと、検出した温度変化に関するデ
ータに基づいて、基板保持手段（ＷＨ）に保持される前
の基板（Ｗ）の温度を調節する基板温度調節ステップと
を含むことを特徴とする露光方法によって達成される。

【００１４】そして、基板温度調節ステップは、露光に
より基板（Ｗ）に与えられる熱量をほぼ相殺するように
基板（Ｗ）の温度を制御することを特徴とする。また、
温度調節ステップは、基板（Ｗ）に照射された露光光に
よる基板保持手段（ＷＨ）の温度上昇を抑制するように
基板（Ｗ）の温度を調節することを特徴とする。さらに
温度調節ステップは、基板（Ｗ）裏面の一部に接触する
温度調節手段（２１，２２）により基板（Ｗ）を所定の
温度に調節し、基板（Ｗ）裏面の他部を接触させて基板
保持手段（ＷＨ）に基板（Ｗ）を載置することを特徴と
する。そして、基板（Ｗ）を所定の温度に設定する際、
基板（Ｗ）裏面の他部を洗浄することを特徴とする。

【００１５】本発明においては、基板（Ｗ）を載置する
基板保持手段（ＷＨ）の温度を計測する検出手段（２
７）と、基板保持手段（ＷＨ）に載置される前に基板
（Ｗ）の温度を調節する温度調節手段（２１，２２）と
を有し、基板（Ｗ）が少なくとも１枚露光された際の基
板保持手段（ＷＨ）の温度を検出し、基板保持手段（Ｗ
Ｈ）の温度変化に応じて、温度調節手段（２１，２２）
にて基板（Ｗ）の温度を調節するようにしたので、基板
保持手段（ＷＨ）の単位露光時間における温度上昇量を
正確に把握することができる。さらに、基板（Ｗ）の温
度は、基板（Ｗ）が基板保持手段（ＷＨ）上に搭載され
て露光後排出されるまでに基板保持手段（ＷＨ）に与え
る熱量をほぼ相殺する、例えばマイナスの熱量を持つよ
うに制御されているので、図６に示すように基板保持手
段（ＷＨ）上に基板（Ｗ）が載置された時点から基板
（Ｗ）への露光終了までの露光光の照射により基板
（Ｗ）から基板保持手段（ＷＨ）に与えられる熱エネル
ギーに対応する温度変化量Δｔに対し、基板（Ｗ）が基
板保持手段（ＷＨ）に載置された時点で基板保持手段
（ＷＨ）にΔｔの温度低下（−Δｔに対応する負の熱
量）を与えることとなるので、結果的に基板保持手段
（ＷＨ）に与えられる熱量はΔｔ−Δｔ＝０となり、基
板保持手段（ＷＨ）の温度は所定温度ｔ１からほとんど
変らず、従って露光装置の雰囲気中の空気揺らぎを低減
させ、測長系、オートフォーカス系、あるいは露光光自
体の空気揺らぎによる精度低下を防止させることができ
るようになる。

【００１６】さらに温度調節手段（２１，２２）に基板
（Ｗ）を載置する際、温度調節手段（２１，２２）は、
基板保持手段（ＷＨ）と基板（Ｗ）とが接触する部分以
外の基板（Ｗ）裏面に接触して基板（Ｗ）の温度を制御
するので、仮に温度調節手段（２１，２２）にゴミが付
着していても、基板（Ｗ）と基板保持手段（ＷＨ）との
接触面にゴミが付着することがなく、ゴミにより基板
（Ｗ）の平面度が悪化することはない。さらに、基板保
持手段（ＷＨ）と接触する基板（Ｗ）裏面を洗浄する機
能を温度調節手段（２１，２２）に設けるようにすれ
ば、基板（Ｗ）を基板保持手段（ＷＨ）に載置した際の
接触面上のゴミを除去することができ、基板保持手段
（ＷＨ）上での基板（Ｗ）の平面度を向上させることが
できるようになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態による投影
露光方法および装置を図１乃至図６を用いて説明する。
まず、本実施の形態による投影露光装置の概略の構成を
図１を用いて説明する。図１において、例えば、ｉ線、
ＫｒＦエキシマレーザ、あるいはＡｒＦエキシマレーザ
を光源（図示せず）とし、ｉ線、エキシマ光を照明光と
して射出する照明光学系４により、レチクルＲをほぼ照
度均一に照射することにより、レチクルＲ上に形成され
たパターンの像が投影光学系５を介してウェハＷ１上に
投影される。照明光学系４内の光源は露光量制御装置１
０に接続されており、制御装置２０からの指令に基づく
露光量制御装置１０の制御により照明光量を調整するこ
とができるようになっている。

【００１８】ウェハＷ１上にはレジストが塗布されてお
り、レチクルＲのパターンは投影光学系５により所定の
倍率に縮小されてウェハＷ１上に投影露光される。レチ
クルＲはレチクルステージ７上に真空吸着されて載置さ
れている。レチクルステージ７は、レチクルベース６上
でエアパットにより浮上し、リニアモータ等の駆動機構
（図示せず）により図中のＸ、Ｙ、θ方向に移動できる
ようになっている。また、レチクルステージ７は、その
側面に設けられた鏡面からの距離を計測する干渉計９に
より、Ｘ−Ｙ方向のステージ位置を常時に検出すること
ができるようになっている。

【００１９】一方、ウェハＷ１は、ウェハステージ２上
に設けられたＺチルトステージ３上のウェハホルダーＷ
Ｈに真空吸着されて載置されている。ウェハステージ２
は定盤１上にエアパットにより浮上し、リニアモータ等
の駆動機構（図示せず）によりＸ、Ｙ方向に移動できる
ようになっている。ウェハステージ２上のＺチルトステ
ージ３は、図示しないオートフォーカス系により計測さ
れたウェハＷ１のショット領域と投影光学系５の結像面
との位置ずれを補正するために、投影光学系５の光軸方
向（Ｚ方向）に移動し、また光軸に対して傾斜すること
ができるようになっている。Ｚチルトステージ３側面に
は反射鏡が設けられ、当該反射鏡からの距離を計測する
干渉計１２によりＸ−Ｙ方向のステージ位置及びステー
ジの回転、チルト量が常に検出されるようになってい
る。

【００２０】干渉計９、１２からの位置情報は制御装置
２０に入力され、制御装置２０はウェハＷ１全面にレチ
クルＲのパターンを繰り返し露光すべくウェハステージ
２を所定の座標系Ｆ（ｘ、ｙ、θ、ｚθ_x、ｚθ_y）に従
ってステッピングさせると同時に、ウェハステージ２が
露光目標位置に到達できない誤差を検出し、レチクルス
テージ７に対しその誤差を補正するように同期制御させ
ながら露光制御装置１０に露光を行なう動作を指示する
ようになっている。

【００２１】Ｚチルトステージ３上のウェハホルダーＷ
Ｈは、熱膨張係数が低く且つ熱伝達率も低いゼロデュー
アで作製されており、Ｚチルトステージ３側面の反射鏡
もゼロデューアで作製されている。但し、Ｚチルトステ
ージ３はＺチルト駆動部（図示せず）側で高い剛性を必
要とするので、Ｚチルト駆動部がある下面は剛性の高い
セラミックで作製し、バキュームチャックにより上面の
ゼロデューア部を保持する２重構造となっている。

【００２２】また、ウェハＷ１表面の２層目以降の露光
の際には、レチクルＲのパターンの像をウェハＷ１のシ
ョット領域上に正確に重ね合わせてから露光するように
制御する必要がある。このためウェハＷ１上の各ショッ
ト領域に対してアライメント動作が行われる。このアラ
イメント動作では、まずウェハローダ１５上に載置され
ているウェハ（ウェハＷ２とする）に対して、大まかな
位置合わせとしてのプリアライメントが行われる。この
プリアライメントでは、まず、ウェハＷ２周囲に設けら
れたオリエンテーションフラットやノッチの位置を計測
して、図示しない回転機構によりウェハＷ２を所定角度
回転させてからウェハ搬送アーム１７に受け渡すように
する。

【００２３】次に、ウェハＷ２を保持したウェハ搬送ア
ーム１７は、アーム駆動機構１９および回転軸１８の駆
動により、ウェハＷの待機位置に配置されたウェハ温度
制御ステージ２２のホットプレート２１上にウェハＷ２
を搬送して載置する。ホットプレート２１上部にはウェ
ハ外周計測装置１６が配置されており、このウェハ外周
計測装置１６により、ウェハＷ２外周のＸ、Ｙ、θ方向
の、数μｍ、および数十μｒａｄオーダのラフな位置計
測が行われる。以上のプリアライメントの動作は、プリ
アライメント制御装置１４により制御され、ウェハＷ２
外周のラフな位置計測データはプリアライメント制御装
置１４から制御装置２０に送られるようになっている。

【００２４】このホットプレート２１に載置されたウェ
ハＷ２は、後程詳述するように、ウェハ温度制御ステー
ジ系（２１、２２）により温度制御されて所定の温度に
調整されるようになっている。所定の温度に調整された
ウェハＷ２は、図示しない搬送系によりウェハステージ
２上のウェハホルダーＷＨに載置される。なお、ウェハ
Ｗ２が搬送される前に、ウェハホルダーＷＨ上のウェハ
Ｗ１は搬出されるが、このウェハＷ１はウェハ温度制御
ステージ系（２１、２２）を介さずに搬出されるように
なっている。なお、ここまでのウェハＷの搬送および位
置決めは全てプリアライメント制御装置１４により管理
され、ウェハＷ２は所定の精度を保持した状態でウェハ
ホルダーＷＨ上に載置されることになる。

【００２５】次に、オフ・アクシス・アライメント光学
系８によりウェハステージ２上のウェハＷ（ウェハＷ１
とする）のアライメントマークＷＭ（図示せず）が計測
されて、レチクルＲ上のパターンの投影像の位置とウェ
ハＷ１上のショット位置の相対位置ずれが検出される。
アライメント制御装置１１は、オフ・アクシス・アライ
メント光学系８で検出した位置ずれ量に基づいて、レチ
クルＲのパターンの投影像の位置とウェハＷ１のショッ
ト位置の相対位置ずれを補正するために、ウェハステー
ジ２をＸ−Ｙ面内で所定量移動させるように制御する。

【００２６】投影光学系５はｉ線またはエキシマ光源用
に設計された高ＮＡ（開口数）の光学系であるため、投
影光学系５下面とウェハＷ１間の距離は極めて短くなっ
ている。そのため、ウェハＷ１の露光の際にウェハＷ１
に塗布したレジスト層から発生する有機物が投影光学系
５の投影レンズ下面に付着する恐れがあり、それを防止
するために投影光学系５下面には石英ガラス２６が挿入
されている。この石英ガラス２６には脱着可能なガイド
が投影光学系５下方のコラム部２５に設置されており、
所定の精度で石英ガラス２６をウェハＷ１面と平行な方
向に移動させる駆動系（図示せず）が設けられている。
露光により石英ガラス２６面上が有機物等により汚染さ
れて照明光の透過率の低下や照明ムラが悪化したとして
も、駆動系により石英ガラス２６面を移動させて、汚染
されていないガラス面を照明視野部に配置することがで
きるので、投影光学系５の投影レンズの保守や交換の間
隔を長くすることができるようになる。

【００２７】また、投影レンズ下面とウェハＷ１表面と
の距離が短いことから、投影レンズ下面とウェハＷ１表
面との間の領域における空気の流れが悪くなるので、そ
の領域の空気層の温度はウェハＷ１の温度の影響を強く
受ける。そのため、ステージ回りの雰囲気の温度とウェ
ハＷ２の温度との温度差を小さくしておけば、空気層内
で空気が揺らぐことによる結像パターンのパターン揺ら
ぎは小さくなり、さらにその近傍に配置されているウェ
ハ表面のフォーカス位置を検出するオートフォーカス機
構（図示せず）やウェハＷ１の位置を計測する干渉計１
２の光軸部の空気揺らぎを最小限に抑えることができ
る。なお、照明光学系４、レチクルステージ７、投影光
学系５、およびウェハステージ２等を含む露光系は、図
１では図示を省略したチャンバー内に格納されており、
ウェハ温度制御ステージ系（２１、２２）側とは分離さ
れている。

【００２８】次に、本実施の形態におけるウェハ温度制
御ステージ系（２１、２２）によるウェハＷの温度制御
機構を図２を用いて説明する。図２は、空調制御が厳し
く行なわれているチャンバー２３内のウェハステージ２
近傍と、ウェハ温度制御ステージ系（２１、２２）の位
置関係を示している。図２においてチャンバー２３内は
±０．１°Ｃの範囲で温度制御がなされており、ウェハ
温度制御ステージ系（２１、２２）が設置されているロ
ーダチャンバー部より高精度且つ陽圧に制御されること
で、外部の熱がチャンバー２３内に入り込まないように
なっている。ウェハ温度制御ステージ系（２１、２２）
は、ウェハ温度制御装置１３の制御に基づいてウェハＷ
２を所定の温度に調整することができるようになってお
り、所定の温度に調整されたウェハＷ２は、チャンバー
２３の開口部２６より図示しないウェハ搬送系により搬
送される構造となっている。

【００２９】次に、図３を用いて、ウェハホルダーＷＨ
およびホットプレート２１の構造を説明する。図３
（ａ）は、ウェハホルダーＷＨおよびホットプレート２
１の上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）における
Ａ−Ａ線でのウェハホルダーＷＨおよびホットプレート
２１の側断面図を示している。図３に示すようにウェハ
ホルダーＷＨ上面には、対向する半円弧状に形成された
凸状部と、その内側に直線状に交互に形成された凹状部
と凸状部が設けられており、凸状部にはウェハＷ１を真
空吸着保持できるように吸着溝（図示せず）が形成され
ている。また、凹状部は大気側に開放されており、凹状
部の一領域にウェハホルダーＷＨの温度を計測するため
の温度センサー２７が設置されている。そして、温度セ
ンサー２７により検出されたウェハホルダーＷＨ表面の
温度は、ウェハ温度制御装置１３に出力されるようにな
っている。

【００３０】一方、ホットプレート２１上面は、ウェハ
ホルダーＷＨに形成された凸状部、および凹状部がその
凹凸を反転させた形状に形成されている。つまり、ウェ
ハホルダーＷＨの凹状部に対応する位置にホットプレー
ト２１の凸状部が位置するようになっている。ホットプ
レート２１の凸状部は高熱伝導率の金属で形成されてお
り、当該凸状部の一点２８でウェハＷを真空吸着保持で
きるようになっている。また、ホットプレート２１の裏
面側にはペルチェ素子（図示せず）が配設されており、
ウェハ温度制御装置１３に制御されてホットプレート２
１を所定の温度に調節できるようになっている。ウェハ
温度制御装置１３は、温度センサー２７で計測されたウ
ェハホルダーＷＨの表面温度に基づいて、ペルチェ素子
を制御してホットプレート２１上に真空吸着されたウェ
ハＷ２の温度を所定の温度に調整する。

【００３１】また、図４に示すように、ホットプレート
２１の凹状部には、ホットプレート２１下まで貫通する
複数の貫通口２５が形成されており、複数の貫通口２５
から気体噴射装置２４により気体をウェハＷ２裏面に吹
き付けることによりウェハＷ２裏面に付着したゴミを除
去することができるようになっている。またさらに、気
体噴射装置２４は図示しないレーザ光源を有し、複数の
貫通口２５を介してレーザ光を照射してウェハＷ２裏面
のゴミ付着位置を検出できる機能を有している。さらに
気体噴射装置２４は、ゴミの付着位置を検出してゴミが
存在する部分にスポット的に気体を噴射することもでき
るようになっている。

【００３２】さて次に、ウェハ温度制御装置１３の制御
に基づいたウェハＷ２の温度の調節方法およびウェハホ
ルダーＷＨの温度制御方法について説明する。まず第１
枚目のウェハＷ（１）をウェハホルダーＷＨに載置する
前の、ウェハＷが載置されていない状態のウェハホルダ
ーＷＨの温度を温度センサー２７により計測する。この
とき測定されたウェハホルダーＷＨの温度を温度ｔ１と
する。

【００３３】次に、ウェハＷ（１）の温度をウェハホル
ダーＷＨの温度ｔ１と同温度にさせるため、ホットプレ
ート２１の表面温度を温度ｔ１になるようにウェハ温度
制御装置１３によりペルチェ素子を制御する。

【００３４】次に、ホットプレート２１上でウェハホル
ダーＷＨと同じ温度ｔ１に調節されたウェハＷ（１）を
ウェハホルダーＷＨ上に載置する。その後、ウェハＷ
（１）は露光されることにより、照射エネルギーの一部
が熱エネルギーに変換される。その結果、ウェハＷ
（１）と接触しているウェハホルダーＷＨの凸状部から
ウェハホルダーＷＨに熱エネルギーが伝達される。

【００３５】ウェハＷ（１）の露光が終了するとウェハ
Ｗ（１）は搬出される。次のウェハＷ（２）がウェハホ
ルダーＷＨに載置される前にウェハホルダーＷＨの温度
ｔ２が温度センサー２７により計測される。ここで、Δ
ｔ１＝ｔ２−ｔ１がウェハＷ（１）を露光した際にウェ
ハホルダーＷＨに与えられた熱エネルギーに対応してお
り、その熱エネルギーを増加させないようにホットプレ
ート２１の表面温度を制御することになる。

【００３６】ここで、ウェハＷ１枚の露光によりウェハ
ＷからウェハホルダーＷＨに伝達する熱量は、ウェハホ
ルダーＷＨとウェハＷとの接触面積、およびウェハホル
ダーＷＨの熱伝導率により決定されるので、例えば図５
に示すような、ウェハホルダーＷＨ上に載置されたウェ
ハＷの温度変化に対するウェハホルダーＷＨの温度変化
の変換関数Ｆ（ｔ）を予め求めておいて、ΔＴｈｐ
（１）＝Ｆ（ｔ２）−Ｆ（ｔ１）により、ホットプレー
ト２１上の温度がｔ１−ΔＴｈｐ（１）になるように制
御する。

【００３７】ここで変換関数Ｆ（ｔ）は、上述のように
ウェハホルダーＷＨとウェハＷとの接触面積と、ウェハ
ホルダーＷＨの熱伝導率とからシミュレーションで求め
てもよいし、あるいは、ウェハＷ上に温度センサーを貼
り付けて、露光時間を変化させながらウェハＷの温度変
化とウェハホルダーＷＨの温度変化を実験的に求め、曲
線近似により求めるようにしてもよい。また、ウェハホ
ルダーＷＨに搬送されるまでのウェハＷの温度変化を予
め計測し、その変化分も関数Ｆ（ｔ）にて補正するよう
にすればさらに予測精度は向上する。さて、ホットプレ
ート２１の表面温度をｔ１−ΔＴｈｐ（１）になるよう
にウェハ温度制御装置１３によりペルチェ素子を制御す
ることにより、ウェハＷ（２）の温度をｔ１−ΔＴｈｐ
（１）にさせる。

【００３８】次に、ウェハＷ（２）をウェハホルダーＷ
Ｈ上に載置する。その後、ウェハＷ（２）は露光される
ことにより、照射エネルギーの一部が熱エネルギーに変
換される。その結果、ウェハＷ（２）と接触しているウ
ェハホルダーＷＨの凸状部からウェハホルダーＷＨに熱
エネルギーが伝達される。

【００３９】ウェハＷ（２）の露光が終了するとウェハ
Ｗ（２）は搬出される。次のウェハＷ（３）がウェハホ
ルダーＷＨに載置される前にウェハホルダーＷＨの温度
ｔ３が温度センサー２７により計測される。ここで、Δ
ｔ２＝ｔ３−ｔ２がウェハＷ（２）を露光した際にウェ
ハホルダーＷＨに与えられた熱エネルギーに対応してお
り、その熱エネルギーを増加させないようにホットプレ
ート２１の表面温度を制御することになる。

【００４０】上述の変換関数Ｆ（ｔ）に基づいて、Δｔ
２＝ｔ３−ｔ２として、ΔＴｈｐ（２）＝Ｆ（ｔ３）−
Ｆ（ｔ２）を算出し、ホットプレート２１上の温度がｔ
１−ΔＴｈｐ（１）−ΔＴｈｐ（２）になるように制御
する。次に、上述の第２枚目のウェハＷ（２）の処理と
同様にして温度ｔ１−ΔＴｈｐ（１）−ΔＴｈｐ（２）
に温度調節された第３枚目のウェハＷ（３）をウェハホ
ルダーＷＨ上に載置して露光を行う。ウェハＷ（３）の
露光が終了してウェハホルダーＷＨから搬出した後に、
ウェハホルダーＷＨの表面温度ｔ４を温度センサー２７
で計測する。そして、Δｔ３＝ｔ４−ｔ３として、ΔＴ
ｈｐ（３）＝Ｆ（ｔ４）−Ｆ（ｔ３）を算出し、ホット
プレート２１上の温度をｔ１−ΔＴｈｐ（１）−ΔＴｈ
ｐ（２）−ΔＴｈｐ（３）になるように制御する。

【００４１】このようにしてウェハＷの露光が終了する
毎に順次ΔＴｈｐを求めてホットプレート２１の温度を
補正制御していくことにより、ｎ枚目のウェハＷ（ｎ）
によりウェハホルダーＷＨに与えられた熱エネルギーに
対応する温度変化はΔｔｎ＝ｔ（ｎ＋１）−ｔ（ｎ）で
あり、次のｎ＋１枚目のウェハＷ（ｎ＋１）の温度を調
整するためにホットプレート２１上の表面温度は、ｔ１
−ΣΔＴｈｐ（ｎ）に制御される。このようにしてウェ
ハホルダーＷＨの温度上昇が抑えられるようにウェハＷ
（ｎ）の温度を調節することにより、図６に示したよう
にウェハホルダーＷＨ上の温度は最初の温度ｔ１から温
度ｔ２の間の範囲を保つように制御される。また仮に、
シミュレーションと実際の温度変化値が合わない場合等
の理由により変換関数Ｆ（ｔ）の初期予測精度が低かっ
たとしても、ウェハ露光枚数が多くなるにつれてΔｔｎ
は平均化効果により平衡状態に近づき、０（ゼロ）に近
い値を出すようになるので、ウェハホルダーＷＨを高い
精度で温度制御することができるようになる。

【００４２】本発明は、上記実施の形態に限らず種々の
変形が可能である。例えば、上記実施の形態において
は、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置に
本発明を適用したが、本発明はこれに限られず、例え
ば、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置に
も同様に適用することができる。ステップ・アンド・ス
キャン方式の投影露光装置は、例えば特開平６−２８３
４０３号公報に開示されているように、矩形状の照明領
域に対してレチクルとウェハとを同期して走査するもの
である。上記実施の形態のウェハホルダＷＨをステップ
・アンド・スキャン方式の投影露光装置に用いる場合に
は、ウェハホルダーＷＨの凸状部はウェハの走査する方
向とほぼ直行する方向（非走査方向）に沿って形成（配
置）すればよい。これにより、ウェハが非走査方向に沿
って吸着されるので、非走査方向に関してはウェハがデ
フォーカス状態になることを低減でき非走査方向のウェ
ハのレベリング制御が容易になる。

【００４３】また、上記実施の形態で用いたウェハホル
ダーＷＨの表面の凸状部形状は円弧状の凸状部の内側に
直線状の凹凸状部を設けるようにしているが、本発明は
これに限られず、例えば、円弧状の凸状部の内側に円形
状や渦巻き状の凹凸状部を設けるようにしてももちろん
よく、また、ウェハＷの保持方法も真空吸着に限られ
ず、例えばピンチャック方式にしてももちろんよい。

【００４４】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、露光光に
よりウェハが熱エネルギーを与えられ、その結果ウェハ
ホルダーにも熱エネルギーが伝達された場合でも、載置
されるウェハの温度を調節することにより、ウェハホル
ダーが所定の温度範囲を維持できるようにしているの
で、露光装置の雰囲気中の空気揺らぎを低減させ、測長
系、オートフォーカス系、あるいは露光光自体の空気揺
らぎによる精度低下を防止させることができるようにな
る。

【００４５】また、ウェハの温度制御はウェハの待機位
置で行うようにしているので、装置のスループットを低
下させるという不都合も生じない。さらに、ウェハ裏面
のゴミを検出したり、除去することも同時に行えるの
で、ウェハ裏面へのゴミ付着による歩留まり悪化を防ぐ
こともできるようになる。

【００４６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による投影露光装置の概
略の構成を示す図である。

【図２】本発明の一実施の形態におけるウェハ温度制御
系（２１、２２）の概略の構成および配置を示す図であ
る。

【図３】本発明の一実施の形態におけるウェハホルダー
ＷＨとヒートプレート２１の上面および側面断面を示す
図である。

【図４】本発明の一実施の形態におけるウェハ温度制御
系（２１、２２）と、裏面洗浄機構を示す側面図であ
る。

【図５】本発明の一実施の形態におけるウェハホルダー
の温度とヒートプレートの表面温度（露光によるウェハ
温度上昇）の関係を示す図である。

【図６】本発明の一実施の形態におけるウェハホルダー
の温度とウェハ露光枚数の関係を示す図である。

【図７】従来の露光装置における、ウェハホルダー温度
とウェハ照射時温度を示す図である。

【符号の説明】

１定盤２ウェハステージ３Ｚチルトステージ５投影光学系７レチクルステージ８オフアクシスアライメント光学系４照明光学系１０露光量制御装置１１アライメント制御装置１３ウェハ温度制御装置２０ステージ制御装置２１ヒートプレート２４気体噴射装置２７温度センサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を保持する基板保持手段と、前記基板
保持手段が前記基板を保持するのに先立って前記基板の
温度を調節する温度調節手段とを備え、前記基板保持手
段に保持された前記基板にパターンを露光する露光装置
において、前記露光に起因する前記基板保持手段の温度変化に関す
るデータを検出する検出手段と、検出した前記温度変化に関するデータに基づいて前記温
度調節手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴と
する露光装置。
【請求項２】請求項１記載の露光装置において、前記制御手段は、前記露光により前記基板に与えられる
熱量をほぼ相殺するように、前記温度調節手段を介して
前記基板の温度を制御することを特徴とする露光装置。
【請求項３】請求項２記載の露光装置において、前記温度調節手段は、前記基板に照射された露光光によ
る前記基板保持手段の温度上昇を抑制するように前記基
板の温度を調節することを特徴とする露光装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の露光装
置において、前記温度調節手段は、前記基板裏面の一部に接触して前
記基板を所定の温度に設定し、前記基板保持手段は、前記基板裏面の他部に接触して前
記基板を載置することを特徴とする露光装置。
【請求項５】請求項４記載の露光装置において、前記基板を所定の温度に設定する際に前記基板裏面の前
記他部を洗浄する洗浄機構を有していることを特徴とす
る露光装置。
【請求項６】基板を基板保持手段により保持して、保持
された前記基板にパターンを露光する露光方法におい
て、前記露光に起因する前記基板保持手段の温度変化に関す
るデータを検出する温度検出ステップと、検出した前記温度変化に関するデータに基づいて、前記
基板保持手段に保持される前の前記基板の温度を調節す
る基板温度調節ステップとを含むことを特徴とする露光
方法。
【請求項７】請求項６記載の露光方法において、前記基板温度調節ステップは、前記露光により前記基板
に与えられる熱量をほぼ相殺するように前記基板の温度
を制御することを特徴とする露光方法。
【請求項８】請求項７記載の露光方法において、前記温度調節ステップは、前記基板に照射された露光光
による前記基板保持手段の温度上昇を抑制するように前
記基板の温度を調節することを特徴とする露光方法。
【請求項９】請求項６乃至８のいずれかに記載の露光方
法において、前記温度調節ステップは、前記基板裏面の一部に接触す
る温度調節手段により前記基板を所定の温度に調節し、前記基板裏面の他部を接触させて前記基板保持手段に前
記基板を載置することを特徴とする露光方法。
【請求項１０】請求項９記載の露光方法において、前記基板を所定の温度に設定する際、前記基板裏面の前
記他部を洗浄することを特徴とする露光方法。