(57)【要約】【課題】  露光時のウエハの温度を安定化させ、また、ウエハを搬送する際の搬送時間を短縮した露光装置及び露光方法を提供する。【解決手段】  前記基板を複数枚格納する基板ホルダを減圧雰囲気中に備え、前記基板ホルダから処理する基板を選択して露光するため、ウエハの温度の安定化が図られ、露光時におけるウエハの温度を高精度に設定することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧雰囲気中で基板にパターンを形成する露光装置であって、
前記基板を複数枚格納する基板ホルダを減圧雰囲気中に備え、前記基板ホルダから処理する基板を選択して露光することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
大気中で前記基板の温度を制御する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記基板の搬入及び搬出に使用するロードロック室には、前記基板を複数枚格納する手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記基板ホルダ基板ホルダに前記基板の温度制御を行なう手段を設けたことを特徴とする請求項１から３に記載の露光装置。
【請求項５】
前記基板に印された識別記号を判別する手段が減圧雰囲気中に備わっていることを特徴とする請求項１から４に記載の露光装置。
【請求項６】
減圧雰囲気中で基板にパターンを形成する露光方法であって、
大気中で前記基板の温度を制御し、減圧雰囲気中に前記基板を複数枚格納する前記基板ホルダから、処理する基板を選択して露光することを特徴とする露光方法。
【請求項７】
前記基板の搬入及び搬出に使用するロードロック室において、前記基板を複数枚格納した後、減圧または加圧することを特徴とする請求項６に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路等のリソグラフィに用いられる露光装置及びそのような露光装置に感応基板（ウエハ）を供給するウエハローダに関する。特には、減圧雰囲気下で露光を行う、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子線やＸ線を用いた露光装置などに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ビーム露光装置のように減圧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、大気中におかれている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３は、カセットから露光装置へウエハを供給するウエハローダの従来例を模式的に説明する平面図である。図中の矢印はウエハの搬送経路を示す。  複数枚のウエハが収容されるウエハカセット６０、第1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、ウエハ加熱用のランプ７４が配置されている。
【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。また、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。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、第２プリアライナ９３が備えられている。また、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。
【０００５】
ウエハＷをカセット６０から露光装置１００内に搬送するには、まず、ロボットアーム７３でカセット６０から一枚のウエハを取り出し、第１プリアライナ７１に搬送する。プリアライメント終了後、ロボットアーム７３でウエハＷを取り出し、ランプ７４の上方に移動させる。そして、ランプ７４をウエハに照射してウエハを加熱する。その後、ゲートバルブ７９を開けてウエハＷをロードロック室７７に搬送し、ゲートバルブ７９を閉めてロードロック室７７を真空に引く。目的の真空度に達すると、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でウエハを取り出し、プリアライナチャンバ９１に搬送し、第２プリアライナ９３でより高精度なプリアライメントを行う。アライメント終了後、真空ロボットアーム８５でウエハを取り出し、ゲートバルブ９５を開けてウエハチャンバ１０６内のウエハステージ１３１上のホルダ１３０に載置する。
【０００６】
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す必要がある。
【０００７】
そこで、上述のように、大気中でのプリアライメント終了後に、ランプ７４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７７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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の方法では、ウエハをロードロック室に入れる前の大気中で温度管理をしているだけなので、搬送のシーケンスが通常とは異なったり、あるいは搬送に通常より時間がかかったりすると露光時におけるウエハの温度に誤差が生じることがあった。また、ウエハはロードロック室に１枚づつ搬入され、その後ロードロック室は減圧または加圧されるため、ウエハ１枚当りの搬送に必要とされる減圧時間及び加圧時間が長くなり、ウエハ搬送系のスループットを上げるのが困難であった。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、露光時のウエハの温度を安定化させ、更にウエハを搬送する際の搬送時間を短縮した露光装置及び露光方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は第１に「減圧雰囲気中で基板にパターンを形成する露光装置であって、前記基板を複数枚格納する基板ホルダを減圧雰囲気中に備え、前記基板ホルダから処理する基板を選択して露光することを特徴とする露光装置」（請求項１）を提供する。これにより、ウエハの温度の安定化が図られ、露光時におけるウエハの温度を高精度に管理することができる。
【００１１】
また、本発明は第２に「大気中で前記基板の温度を制御する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の露光装置」（請求項２）を提供する。これにより、ウエハの温度の安定化が図られ、露光時におけるウエハの温度を高精度に管理することができる。
【００１２】
また、本発明は第３に「前記基板の搬入及び搬出に使用するロードロック室には、前記基板を複数枚格納する手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置」（請求項３）を提供する。これにより、ウエハを搬送する際の搬送時間を短縮することが可能となり、ウエハ搬送系のスループットを大幅に改善することができる。
【００１３】
また、本発明は第４に「前記基板ホルダ基板ホルダに前記基板の温度制御を行なう手段を設けたことを特徴とする請求項１から３に記載の露光装置」（請求項４）を提供する。これにより、ウエハの温度の安定化が図られ、露光時におけるウエハの温度を高精度に管理することができる。
【００１４】
また、本発明は第５に「前記基板に印された識別記号を判別する手段が減圧雰囲気中に備わっていることを特徴とする請求項１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、トラブル発生時に置けるウエハ処理工程への影響を最小限にすることができる。
【００１５】
また、本発明は第６に「減圧雰囲気中で基板にパターンを形成する露光方法であって、大気中で前記基板の温度を制御し、減圧雰囲気中に前記基板を複数枚格納する前記基板ホルダから処理する基板を選択して露光することを特徴とする露光方法」（請求項６）を提供する。これにより、ウエハの温度の安定化が図られ、露光時におけるウエハの温度を高精度に管理することができる。
【００１６】
また、本発明は第７に「前記基板の搬入及び搬出に使用するロードロック室において、前記基板を複数枚格納した後、減圧または加圧することを特徴とする請求項６に記載の露光方法」（請求項７）を提供する。これにより、ウエハを搬送する際の搬送時間を短縮することが可能となり、ウエハ搬送系のスループットを大幅に改善することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ウエハを格納する基板ホルダを減圧雰囲気中に備えているため、露光時のウエハの温度を高精度に安定化させることができる。更に、基板の搬入及び搬出に使用するロードロック室において、ウエハを複数枚格納した後に減圧または加圧するため、ウエハを搬送する際の搬送時間を短縮し、搬送系のスループットを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る露光装置及び露光方法を模式的に説明する図である。図１（Ａ）は露光装置全体の平面図、図１（Ｂ）は一部側面図である。図２は、図１の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。
【００１９】
まず、図２を参照して、露光装置全体の構成を説明する。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。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、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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（ウエハローダ）が接続している。このウエハ搬送機構については後述する。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
次に、図１を参照して、この露光装置のウエハ搬送系について説明する。図１（Ａ）に示すように、複数枚のウエハが収容されるウエハカセット（容器）１０、第1プリアライナ２１、搬送用ロボットアーム２３は、大気中に配置されている。
【００２７】
図１（Ａ）に示すように、第１プリアライナ２１は、ロードロック室２７の近傍に配置されている。第１プリアライナ２１とロードロック室２７の間にはランプ２２が配置されている。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。また、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。ロードロック室２７内には、複数のウエハＷを格納できる格納手段が配置されている。ウエハ真空ロードチャンバ３３内には、ウエハ搬送用真空ロボットアーム３５が配置されている。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。プリアライナチャンバ４１内には、第２プリアライナ４３が備えられている。
【００２８】
また、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、ウエハステージ１３１上にはウエハホルダ１３０が設けられている。また、ウエハ真空ロードチャンバ３３は、ウエハストッカ２１０が付設されている。ウエハストッカ２１０の内部には、棚２１５が設けられており、複数のウエハＷを収納することができる。ウエハストッカ２１０の下部にはヒータ２１７が配置され、また、ウエハＷの温度または雰囲気の温度を計測できる温度センサ２１９が設けられている。更に、ウエハストッカ２１０内部にはウエハＩＤリーダ２１２が配置されている。ウエハＩＤリーダ２１２は、バーコードリーダ、キャラクタＯＣＲリーダ等を使用することが好ましい。
【００２９】
次に、ウエハＷの搬送手順について説明する。まず、ウエハ搬送用ロボットアーム２３でカセット１０からウエハＷを取り出す。このウエハＷを、第１プリアライナ２１に搬送し、プリアライメントを行う。プリアライメント時間は一例として約４秒程度である。プリアライメント終了後、ロボットアーム２３で第１プリアライナ２１からウエハＷを取り出しランプ２１の上に持ってくる。ここでランプ２１を照射し、ウエハを加熱する。ウエハの温度が大気温度よりも一例で２〜４℃高い温度になると照射を停止する。次に、ゲートバルブ２９を開けて、ウエハ搬送用ロボットアーム２３でウエハＷをロードロック室２７に搬送する。
【００３０】
次に、上記でウエハ搬送用ロボットアーム２３でウエハＷをロードロック室２７に搬送した同様の操作を繰り返す。即ち、ウエハ搬送用ロボットアーム２３でカセット１０からウエハＷを取り出し、このウエハＷを、第１プリアライナ２１に搬送し、プリアライメントを行う。その後、ロボットアーム２３で第１プリアライナ２１からウエハＷを取り出しランプ２１の上に持ってくる。ここでランプ２１を照射し、ウエハを加熱する。そして、ウエハ搬送用ロボットアーム２３でウエハＷをロードロック室２７に搬送する。
【００３１】
このようにして、ロードロック室２７内にウエハＷが２枚保持されると、ゲートバルブ２９を閉めてロードロック室２７を真空に引く。この時、ウエハＷは気体の断熱膨張により温度が低下するが、その分ウエハの温度を予め上昇させているため、温度が低下しても元の温度程度となる。目的の真空度に達すると、ウエハ真空ロードチャンバ３３側のゲートバルブ３１を開いて、ウエハ真空ロードチャンバ３３内のウエハ搬送用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、真空ロードチャンバ３３内に付設されているウエハストッカ２１０の棚２１５に保管する。この際、ウエハ搬送用真空ロボットアーム３５でウエハＷを搬送するのは、１回に１枚のウエハＷしか搬送することができないため、同じ動作を２回繰り返すことになる。その後、ゲートバルブ３１を閉じる。
【００３２】
この状態ではウエハストッカ２１０の棚２１５には、２枚のウエハＷが保管されているだけである。この状態から、露光を開始しても構わないが、好ましくは更に数回同様の手順でカセット１０からウエハＷをウエハストッカ２１０まで搬送する。このようにして、搬送されたウエハＷは露光までのしばらくの間ウエハストッカ２１０に保管される。ウエハストッカ２１０では、ウエハストッカ２１０の下部にあるヒータ２１７と温度センサ２１９により、ウエハストッカ２１０内部は高精度に温度管理されているため、ウエハストッカ２１０に受け入れられる前のウエハＷが所定の設定温度から外れていても、ウエハストッカ２１０の温度環境にならされて、所定の設定温度に近い温度になる。また、ウエハ真空ロードチャンバ３３自体も厳しく温度管理されているため、ウエハストッカ２１０とウエハ真空ロードチャンバ３３との間に熱の移動を妨げる熱障壁を設ける必要もない。
【００３３】
ウエハＷがウエハストッカ２１０に所定の枚数になると、実際の露光シーケンスが開始される。ゲートバルブ３９を開けて、ウエハ搬送用真空ロボットアーム３５でウエハＷをプリアライナチャンバ４１内の第２プリアライナ４３に搬送し、より高精度なプリアライメントを行う。アライメント終了後、ウエハ搬送用真空ロボットアーム３５でウエハを取り出し、ゲートバルブ４５を開けてウエハチャンバ１０６内のウエハステージ１３１上のホルダ１３０に載置する。露光動作が終了した後、ウエハ搬送用真空ロボットアーム３５で、ウエハＷをステージ１３１から取り出し、ウエハストッカ２１０に戻す。
【００３４】
次に全く同様の手順で、ウエハ搬送用真空ロボットアーム３５でウエハＷをプリアライナチャンバ４１内の第２プリアライナ４３に搬送し、アライメント終了後、ウエハ搬送用真空ロボットアーム３５でウエハを取り出し、ゲートバルブ４５を開けてウエハチャンバ１０６内のウエハステージ１３１上のホルダ１３０に載置する。露光動作が終了した後、ウエハ搬送用真空ロボットアーム３５で、ウエハＷをステージ１３１から取り出し、ウエハストッカ２１０に戻す。
【００３５】
この状態では、ウエハストッカ２１０に置かれた露光済みのウエハＷは２枚となる。その後、ゲートハバルブ３１を開き、ウエハ搬送用真空ロボットアーム３５で２枚のウエハＷを順次ロードロック室２７に搬送する。ロードロック室２７に搬送されたウエハＷが２枚になると、ゲートバルブ３１を閉じて、ロードロック室２７を加圧する。ロードロック室２７が大気圧になるとゲートバルブ２９を開け、露光済みの２枚のウエハＷをウエハ搬送用ロボットアーム２３で搬送し、カセット１０に戻す。
【００３６】
通常は上記のようなシーケンスで露光が行なわれるが、装置のトラブル等が生じる場合もある。そのような場合の対処方法を説明する。装置にトラブルが生じた時には、露光装置に記憶されているウエハＩＤ情報が失われている場合が多い。ウエハＷが大気中にある場合には、ウエハＩＤ情報を再度得ることは容易であるが、ウエハＷが減圧雰囲気中にある場合には、ウエハＩＤ情報を減圧雰囲気下で再度取得する必要がある。
【００３７】
ウエハストッカ２１０に保管されているウエハＷをウエハ搬送用真空ロボットアーム３５でウエハＩＤリーダ２１２上に搬送し、ウエハＷに記録されているウエハＩＤ情報を読み取る。この情報に基づき、ウエハＷの処理工程への影響を最小限とするウエハＷ処理工程が選択され、復旧処理が行なわれる。
【００３８】
上記実施例において、ロードロック室２７に格納するウエハの枚数は２枚としたが、勿論３枚以上にしても構わない。また、減圧する時と加圧する時で格納するウエハＷの枚数は両方とも２枚づつ格納し、その後減圧及び加圧を行なったが、減圧する時と加圧する時で格納する枚数は異なっても構わない。
【００３９】
また、前述の実施例において、ウエハ真空ロードチャンバ３３に連結するロードロックバルブ３９、４５を用いた例を示したが、ロードロックバルブを使用しないで、ウエハ真空ロードチャンバ３３とプリアライナチャンバ４１及び電子線露光装置１００チャンバと連通していてもでも構わない。
【００４０】
前述の実施例において、ウエハストッカ２１０では、ウエハストッカ２１０の下部にあるヒータ２１７と温度センサ２１９により、ウエハストッカ２１０内部は高精度に温度管理されているであるものを示したが、ヒータ２１７及び温度センサ２１９を配置せずに、単純に保管するだけでも構わない。ウエハ真空ロードチャンバ３３自体が厳しく温度管理されているため、それに付設されるウエハストッカ２１０自体の温度も狭い温度範囲に管理されている。したがって、単純に保管するだけでも時間とともにウエハの温度は高精度に管理されることになる。
【００４１】
また、前述の実施例において、ヒータ２１７と温度センサ２１９を用いて温度制御を行なう例を示したが、温調プレートを用いて温度制御を行なっても構わない。この場合、複数のウエハＷに対応するため、複数の温調プレートが必要となる。更に、ヒータ２１７は輻射熱伝達ができるものであれば、どのようなものであっても構わない。また、複数のウエハＷのそれぞれに対応して複数のヒータを用いるものであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態に係る露光装置を模式的に説明する図であり、図１（Ａ）は露光装置の平面図、図１（Ｂ）は一部側面図である。
【図２】図１の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３】露光装置の従来例を模式的に説明する平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  ウエハカセット
２１  プリアライナ                      ２２ランプ
２３  ウエハ搬送用ロボットアーム        ２７  ロードロック室
２９  ゲートバルブ                      ３３  ウエハ真空ロードチャンバ
３５  ウエハ搬送用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  第２プリアライナ
４５  ゲートバルブ
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
２１１  ウエハストッカ                    ２１２  ウエハＩＤリーダ
２１５  棚                                ２１７  ヒータ
２１９  温度センサ
【図１】
2006108463.tif 000003
【図２】
2006108463.tif 000004
【図３】
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