(57)【要約】  【課題】  真空引き時の温度変化に起因するウエハのパターン歪みを高い精度で防止することのできる露光方法及び露光装置を提供する。  【解決手段】  複数枚のウエハが収容されるウエハカセット２０、プリアライナ２１、ロボットアーム２３は、大気中に配置されている。ロボットアーム２３の近傍には昇温手段（ランプ）２４が配置されている。ランプ２４の上方には温度計測手段（温度センサ）２６が取り付けられている。ウエハＷは、ロボットアーム２３により、ウエハカセット２０から取り出され、プリアライメントの後、ロードロック室２７に搬送されて、真空引きされる。温度センサ２６は、ウエハＷの実際の温度を計測して、温度測定値を得、温度測定値を制御装置２５に送る。制御装置２５は、温度センサ２６から送られた温度測定値に基づいて、ランプ２４を操作して、ランプ２４の照射時間や出力等を制御する。【選択図】  図２
2006128206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空下において感応基板上にエネルギー線を選択的に照射してパターンを形成する露光方法であって、
前記前記基板の温度を計測する温度計測手段の計測結果により前記基板を昇温させる昇温手段を制御することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
真空下において感応基板上にエネルギー線を選択的に照射してパターンを形成する露光装置であって、
基板を昇温させる昇温手段と、前記基板の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段の計測結果により前記昇温手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項３】
前記温度計測手段は非接触型の温度計測センサであることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記温度計測手段はランプであることを特徴とする請求項２及び３に記載の露光装置。
【請求項５】
前記昇温手段及び前記温度計測手段は、双方が大気中または真空中にあることを特徴とする請求項２から４に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回等のリソグラフィに用いられる露光方法及び露光装置に関する。特には、真空環境下で露光を行う、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子線やＸ線を用いた露光方法及び露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線露光装置のように真空雰囲気下で露光を行う装置においては、ウエハ（感応基板）は、カセットから取り出されてプリアライナ装置等でプリアライメントされた後、ロードロック室と呼ばれる室やロードチャンバに搬送される。ロードロック室には真空ポンプが付設されており、室内を真空に引くことができる。ロードロック室では、プリアライナから常圧下でウエハを受け取り、室内を真空に引いた後、これらを露光装置内に移動する。
【０００３】
図４は、ウエハの搬送機構の従来例を模式的に示す平面図である。図中の矢印はウエハの搬送経路を示している。複数枚のウエハが収容されるウエハカセット６０や、ウエハプリアライナ７１、ロボットアーム７３は、大気中に配置されている。ロボットアーム７３の近傍には昇温手段（ランプ）７４が配置されている。また、真空ロードチャンバ８３、プリアライナチャンバ９１及び露光装置１００は、真空に保たれている。
【０００４】
ロードロック室７７の入口にはゲートバルブ７９が設けられている。ロードロック室７７は、ゲートバルブ８１を介してウエハ真空ロードチャンバ８３に接続している。同チャンバ８３内には、真空ロボットアーム８５が配置されている。
【０００５】
ウエハ真空ロードチャンバ８３はゲートバルブ８９を介してプリアライナチャンバ９１に接続している。同チャンバ９１内には、プリアライナ９３が備えられている。ウエハ真空ロードチャンバ８３は、ゲートバルブ９５を介して露光装置１００のウエハチャンバ１０６に接続している。同チャンバ１０６内には、ウエハステージ１３１が備えられており、同ステージ１３１上にはウエハホルダ１３０が設けられている。
【０００６】
以下に、ウエハをカセット６０から露光装置１００へ搬送する手順について説明する。  まず、大気中において、ロボットアーム７３でカセット６０からウエハを一枚取り出し、プリアライナ７１に載置し、ウエハプリアライメントを行う。プリアライメント終了後、プリアライナ７１からロボットアーム７３でウエハを取り出す。そして、ウエハを昇温手段（ランプ）７４の上方に移動させて、ランプ７４を照射させてウエハを加熱する。
【０００７】
その後、ゲートバルブ７９を開けてウエハをロードロック室７７に搬送する。そして、ゲートバルブ７９を閉めてロードロック室７７の真空引きを行う。ロードロック室７７が目的の真空度に達したら、真空ロードチャンバ８３側のゲートバルブ８１を開いて、真空ロボットアーム８５で、ロードロック室７７からウエハを取り出して、プリアライナチャンバ９１内のプリアライナ９３上に載置する。そして、プリアライナ９３においてより高精度なプリアライメントを行う。
【０００８】
アライメントの終了後、真空ロボットアーム８５で、プリアライナチャンバ９１からウエハを取り出し、ゲートバルブ９５を開けて露光装置１００に搬送する。そして、ウエハをウエハチャンバ１０６内のウエハステージ１３１上のウエハホルダ１３０に載置する。
【特許文献１】特開２００３−０３１４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
通常、ロードロック室７７を真空排気する際、気体の断熱膨張により同室内に置かれたウエハの温度が２〜４℃程度低下する。このように温度が低下すると、温度変化によってウエハが歪むことがある。一例では、径が２００ｍｍのＳｉウエハにおいて、１℃の温度変化で約０．５μｍの寸法変化が生じる。このような寸法変化により高精度パターンを得ることができなくなる。したがって、温度が元の温度に上昇するまで数十分間待機したり、露光前にアライメントを何度もやり直したりする必要がある。
【００１０】
そこで、上述の技術では、大気中でのプリアライメント終了後に、昇温手段によってウエハを予め加熱している。これにより、ロードロック室で真空排気する際、気体の断熱膨張により室内に置かれたウエハの温度が低下しても、ウエハの温度は元の標準温度程度に戻るため、ウエハの温度変化による寸法変化が起きない。
【００１１】
しかしながら、ウエハに一定の熱量を加えても、厳密に標準温度に戻るとは限らない。これは、種々の原因によるものであるが、例えば、昇温手段の熱容量に伴う余熱等の影響から、１ロットの露光シーケンスの最初のウエハと最後のウエハでは、基板を昇温させた後の温度が厳密には同じではなく、また、露光を中断した後の最初の１枚は昇温手段の熱容量の影響等で十分な熱がウエハに加わらない場合があった。また、ウエハを昇温させる前のウエハ基板の温度はウエハ毎に微小ではあるが異なるため、ウエハに一定の熱量を加えても、厳密に標準温度には戻らない。更に、昇温手段の熱効率も経年変化するため、所定の熱量を加えたと考えていても、実際には所定の熱量が加わっていない場合があった。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑み、基板や露光装置の温度及び周辺雰囲気等の影響を受けることなく、基板温度を高精度で制御し、真空引き時の温度変化に起因する基板のパターン歪みを防止することのできる露光方法及び露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は第１に、「真空下において感応基板上にエネルギー線を選択的に照射してパターンを形成する露光方法であって、前記前記基板の温度を計測する温度計測手段の計測結果により前記基板を昇温させる昇温手段を制御することを特徴とする露光方法」（請求項１）を提供する。これにより、基板や露光装置の温度及び周辺雰囲気等の影響を受けることなく、基板温度を高精度で制御し、真空引き時の温度変化に起因する基板のパターン歪みを防止することのできる露光方法を提供することができる。
【００１４】
本発明は第２に、「真空下において感応基板上にエネルギー線を選択的に照射してパターンを形成する露光装置であって、基板を昇温させる昇温手段と、前記基板の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段の計測結果により前記昇温手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする露光装置」（請求項２）を提供する。これにより、基板及び露光装置の温度及び周辺雰囲気等の影響を受けることなく、基板温度を高精度で制御し、真空引き時の温度変化に起因する基板のパターン歪みを防止することのできる露光装置を提供することができる。
【００１５】
本発明は第３に、「前記温度計測手段は非接触型の温度計測センサであることを特徴とする請求項２に記載の露光装置」（請求項３）を提供する。これにより、非接触で基板の温度を計測することができるため、基板にゴミのつくこともなく、大掛かりな計測装置も必要なく、基板の種々の形状にも対応できる露光装置を提供することができる。
【００１６】
本発明は第４に、「前記温度計測手段はランプであることを特徴とする請求項２及び３に記載の露光装置」（請求項４）を提供する。これにより、非接触で基板の温度を昇温させることができるため、基板にゴミのつくこともなく、大掛かりな計測装置も必要無く、基板の種々の形状の形状にも対応できる露光装置を提供することができる。
【００１７】
本発明は第５に、「前記昇温手段及び前記温度計測手段は、双方が大気中または真空中にあることを特徴とする請求項２から４に記載の露光装置」（請求項５）を提供する。これにより、計測の雰囲気に係わらず、大気中でも真空中でも高精度の基板温度制御が可能な露光装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、基板を大気中から真空環境へ搬送する際の基板の温度制御に有効である。本発明によれば、真空引き時の温度変化に伴う基板の温度低下を相殺する際に、基板の温度制御を高精度に行なうことができ、基板パターン歪みを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。まず、図３を参照して、露光装置全体の構成を説明する。図３は、本発明の一実施例に係る露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。電子線露光装置１００の上部には、光学鏡筒１０１が配置されている。光学鏡筒１０１には、真空ポンプ（図示されず）が接続されており、光学鏡筒１０１内を真空排気している。
【００２０】
光学鏡筒（マスクチャンバも含む）１０１の上部には、電子銃１０３が配置されており、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１０３の下方には、順にコンデンサレンズ１０４、電子線偏向器１０５、マスクＭが配置されている。
【００２１】
電子銃１０３から放射された電子線は、コンデンサレンズ１０４によって収束され、続いて、電子線偏向器１０５により図の横方向に順次走査され、光学系の視野内にあるマスクＭの各小領域（サブフィールド）の照明が行われる。なお、照明光学系は、ビーム成形開口やブランキング開口等（図示されず）も有している。
【００２２】
マスクＭは、マスクステージ１１１の上部に設けられたチャック１１０に静電吸着等により固定されている。マスクステージ１１１は、マウントボディ１１６に載置されている。  マスクステージ１１１には、図の左方に示す駆動装置１１２が接続されている。駆動装置１１２は、ドライバ１１４を介して、制御装置１１５に接続されている。また、マスクステージ１１１には、図の右方に示すレーザ干渉計１１３が設置されている。レーザ干渉計１１３は、制御装置１１５に接続されている。レーザ干渉計１１３で計測されたマスクステージ１１１の正確な位置情報が制御装置１１５に入力される。それに基づき、制御装置１１５からドライバ１１４に指令が送出され、駆動装置１１２が駆動される。このようにして、マスクステージ１１１の位置をリアルタイムで正確にフィードバック制御することができる。
【００２３】
マウントボディ１１６の下方には、ウエハチャンバ１０６（真空チャンバ）が示されている。ウエハチャンバ１０６には、真空ポンプ（図示されず）が接続されており、チャンバ内を真空排気している。ウエハチャンバ１０６には、真空ロードチャンバ３３やロードロック室２７等から構成されるウエハ搬送機構１０が接続している。このウエハ搬送機構１０については図１及び図２を参照して後述する。なお、図３に示すウエハ搬送機構１０中の各符号は、図１及び図２中の符号に対応している。
【００２４】
ウエハチャンバ１０６内の投影光学系鏡筒（図示されず）には、プロジェクションレンズ１２４、偏向器１２５等が配置されている。さらにその下方のウエハチャンバ１０６の底面上には、ウエハステージ（精密機器）１３１が載置されている。ウエハステージ１３１の上部には、チャック１３０が設けられており、静電吸着等によりウエハＷが固定されている。
【００２５】
マスクＭを通過した電子線は、プロジェクションレンズ１２４により収束される。プロジェクションレンズ１２４を通過した電子線は、偏向器１２５により偏向され、ウエハＷ上の所定の位置にマスクＭの像が結像される。なお、投影光学系は、各種の収差補正レンズやコントラスト開口（図示されず）なども有している。
【００２６】
ウエハステージ１３１には、図の左方に示す駆動装置１３２が接続されている。駆動装置１３２は、ドライバ１３４を介して、制御装置１１５に接続されている。また、ウエハステージ１３１には、図の右方に示すレーザ干渉計１３３が設置されている。レーザ干渉計１３３は、制御装置１１５に接続されている。レーザ干渉計１３３で計測されたウエハステージ１３１の正確な位置情報が制御装置１１５に入力される。それに基づき、制御装置１１５からドライバ１３４に指令が送出され、駆動装置１３２が駆動される。このようにして、ウエハステージ１３１の位置をリアルタイムで正確にフィードバック制御することができる。
【００２７】
次に、上述の露光装置のウエハ搬送機構１０について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例に係るウエハ搬送機構を示す平面図である。図２は、ロボットアームがウエハを保持している状態を拡大して示す図である。図２（Ａ）は、平面図であり、図２（Ｂ）は、側面図である。
【００２８】
複数枚のウエハが収容されるウエハカセット（容器）２０、プリアライナ２１、ロボットアーム２３は、大気中に配置されている。ロボットアーム２３の近傍には昇温手段（ランプ）２４が配置されている。このランプ２４はハロゲンランプであることが好ましい。また、真空ロードチャンバ３３、プリアライナチャンバ４１及び露光装置１００は、真空に保たれている。
【００２９】
ロードロック室２７の入口にはゲートバルブ２９が設けられている。ロードロック室２７は、ゲートバルブ３１を介してウエハ真空ロードチャンバ３３に接続している。同チャンバ３３内には、真空ロボットアーム３５が配置されている。
【００３０】
ウエハ真空ロードチャンバ３３は、ゲートバルブ３９を介してプリアライナチャンバ４１に接続している。同チャンバ４１内には、プリアライナ４３が備えられている。
ウエハ真空ロードチャンバ３３は、ゲートバルブ４５を介して露光装置１００のウエハチャンバ１０６に接続している。同チャンバ１０６内には、ウエハステージ１３１が備えられており、同ステージ１３１上にはウエハホルダ１３０が設けられている。
【００３１】
図２（Ｂ）に示すように、ランプ２４の上方には、温度計測手段（温度センサ）２６が配置されている。温度センサ２６は、ウエハＷの表面の実際の温度を計測し温度測定値を得る。温度センサ２６は、制御装置２５に接続されており、温度測定値を制御装置２５に送る。制御装置２５は、温度センサ２６から送られた温度測定値に基づいて、ランプ２４を操作して、ランプ２４の照射時間等を制御する。
【００３２】
なお、制御装置２５及び温度センサ２６は、図１及び図２（Ａ）では省略されている。以下に、ウエハＷをカセット２０から露光装置１００内に搬送する手順について、図１及び図２を参照して説明する。
【００３３】
まず、大気中において、図２（Ａ）に示すように、ロボットアーム２３でカセット２０からウエハＷを一枚取り出し、プリアライナ２１に載置する。そして、プリアライナ２１においてウエハＷのプリアライメントを行う。
【００３４】
プリアライメントの終了後、プリアライナ２１からロボットアーム２３でウエハＷを取り出す。そして、図２（Ｂ）に示すように、ウエハＷを昇温手段（ランプ）２４の上方に移動させ、ランプ２４を照射させてウエハＷを加熱する。ここで、ランプ２４を照射する時間は、一例で５〜８秒である。
【００３５】
上述のように、ランプ２４を用いてウエハＷを加熱して、真空引き時の温度変化に伴うウエハＷの温度低下を相殺する際には、基板や露光装置の温度及び周辺雰囲気等の影響により、ウエハＷが所望の温度まで加熱されないことがある。そこで、本実施例では、ランプ照射時間を調整することにより、ウエハＷがランプ２４によって所望の温度まで加熱されるようにする。
【００３６】
ここで、ランプ２４の照射時間を制御する方法について説明する。まず、真空排気時の気体の断熱膨張によるウエハＷの設定温度変化から、ロードロック室２７にウエハＷを搬入する直前のウエハＷの温度を予め求めておく。また、ランプ２４の照射時間とウエハＷの温度上昇との関係について予め測定を行い、測定データを制御装置２５に持たせておく。更に、ランプ２４の照射を停止した後の照射時間とウエハＷの温度上昇との関係について予め測定を行い、測定データを制御装置２５に持たせておく。
【００３７】
次に、昇温させる温度とランプ２４の出力等から、ランプ２４の照射時間（通常値）を事前に設定する。そして、温度センサ２６から送られた温度測定値と上記の測定データとを比較して、ランプ２４の照射時間を調整する。具体的には、温度測定値が、通常値を設定した際のランプ２４の出力と同じに維持されている場合には、照射時間を通常値のままにしてランプ２４を照射する。また、温度測定値が通常値を設定した際のランプ２４の出力より低下している場合には、上記の測定データに基づいて、ウエハが所定の温度となるようにランプ２４の照射時間を延長する。
【００３８】
その後、ゲートバルブ２９を開けて、ウエハＷをロードロック室２７に搬送する。そして、ゲートバルブ２９を閉めて、ロードロック室２７の真空引きを行う。ロードロック室２７が目的の真空度に達したら、真空ロードチャンバ３３側のゲートバルブ３１を開いて、真空ロボットアーム３５で、ロードロック室２７からウエハＷを取り出して、プリアライナチャンバ４１内のプリアライナ４３上に載置する。そして、プリアライナ４３においてより高精度なプリアライメントを行う。
【００３９】
アライメントの終了後、真空ロボットアーム３５で、プリアライナチャンバ４１からウエハＷを取り出し、ゲートバルブ４５を開けて露光装置１００に搬送する。そして、ウエハをウエハチャンバ１０６内のウエハステージ１３１上のウエハホルダ１３０に載置する。
【００４０】
なお、本実施例においては、ランプ２４の照射時間を調整しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ランプ２４への給電電圧を上げて、ランプ２４の出力を高めてもよい。また、ランプ２４への供給電圧と時間を同時に制御するようにしても構わない。
【００４１】
また、本実施例においては、基板としてウエハを用いた実施例を示したが、基板としては、電子ビーム露光装置やＸ線露光装置等で使用されるマスク（レチクル）であっても構わない。基板を昇温させるのに必要な時間、ランプの出力は、ウエハの場合と異なる場合があるが、全く同様の装置及び手順で行なうことができ、また、全く同様の効果が得られる。
【００４２】
また、本実施例においては、昇温手段と温度計測手段を大気中に配置したが、真空中に配置しても構わない。また、プリアライナとロードロック室の間に昇温手段と温度計測手段を配置したが、大気中の他の場所でもかまわない。
【００４３】
また、本実施例においては昇温手段にランプを用いたが、ホットプレート等、他の昇温手段を用いても構わない。
更に、本実施例においては、昇温手段と温度計測手段はそれぞれ１つを用いた例を示したが、複数の昇温手段と温度計測手段を備えていても構わない。複数の温度計測手段で計測することにより高い計測精度の測定値を得ることができ、また、複数の昇温手段で基板を昇温させることにより、基板のむらの無い昇温が可能となる。更に、各昇温手段及び温度計測手段はほぼ同じ場所に配置しても、それぞれが離れた場所となるように配置しても良い。一方が大気中に、他方が真空中に在っても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施例に係るウエハ搬送機構を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施例に係るロボットアームがウエハを保持している状態を拡大して示す図である。
【図３】本発明の一実施例に係る露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
【図４】ウエハの搬送機構の従来例を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  ウエハ搬送機構
２０  ウエハカセット（容器）
２１  プリアライナ
２３  ロボットアーム
２４  ランプ
２５  制御装置
２６  温度センサ
２７  ロードロック室
２９  ゲートバルブ
３３  真空ロードチャンバ
３５  真空ロボットアーム
３９  ゲートバルブ
４１  プリアライナチャンバ
４３  プリアライナ
４５  ゲートバルブ
Ｗ  ウエハ
Ｍ  マスク
１００  電子線露光装置
１０１  光学鏡筒
１０３  電子銃
１０４  コンデンサレンズ
１０５  電子線偏向器
１０６  ウエハチャンバ
１１０  チャック
１１１  マスクステージ
１１２  駆動装置
１１３  レーザ干渉計
１１４  ドライバ
１１５  制御装置
１１６  マウントボディ
１２４  プロジェクションレンズ
１２５  偏向器
１３０  チャック
１３１  ウエハステージ
１３２  駆動装置
１３３  レーザ干渉計
１３４  ドライバ
【図１】
2006128206.tif 000003
【図２】
2006128206.tif 000004
【図３】
2006128206.tif 000005
【図４】
2006128206.tif 000006