JP2003229347A - 半導体製造装置 - Google Patents

半導体製造装置

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JP2003229347A JP2002024079A JP2002024079A JP2003229347A JP 2003229347 A JP2003229347 A JP 2003229347A JP 2002024079 A JP2002024079 A JP 2002024079A JP 2002024079 A JP2002024079 A JP 2002024079A JP 2003229347 A JP2003229347 A JP 2003229347A
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heat
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    • 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
    • G03F7/708Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70858Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空中において非接触で高精度の温調手段を
提供。その温調手段を備える露光装置を提供。 【解決手段】 微細なパターンを焼き付けるためにEU
V光源を使用し真空中で真空中で露光を行う露光装置が
提案されている。真空中ではウエハ等の工作物を固定す
るのに静電チャックが用いられるが、静電チャックは発
熱を伴う。これを直接冷却すると冷却のための振動がウ
エハに伝達されパターンの位置精度を劣化させる。そこ
でチャックと非接触に支持される輻射板を設け輻射板の
温度を低温に設定し、チャックから輻射板へ常に十分な
熱量が移動するようにし、さらにチャックに加熱体およ
び温度計測手段を設けて温調は加熱体に加える熱の大小
で行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空中で動作する
半導体露光装置、および半導体製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図8に従来の大気中で使用される半導体
露光装置を示す。照明系、マスクステージ系、投影系、
ウエハステージから構成される。マスクステージ系と投
影系は不図示本体系で支持されるのが一般的である。
【0003】図9の(a)にウエハステージ全体の斜視
図を示す。長ストロークをXY面内で移動する粗動ステ
ージ上に小ストロークをXYZωxωyωzの6軸方向
に移動可能な微動ステージが搭載され、微動ステージの
上にウエハチャックが載置されチャックされたウエハに
不図示露光系によって原版のパターンを焼き付けるよう
になっている。チャックは真空チャックが用いられる。
微動ステージの位置はミラーに照射されるレーザ干渉計
で高精度に計測制御される。
【0004】微動ステージは6軸をリニアモータ、とく
にローレンツ力タイプのリニアモータで制御するものが
望ましい。微動ステージをローレンツタイプのリニアモ
ータで制御すると粗動ステージからの振動が絶縁される
ので、最も高精度な制御が可能となる。
【0005】粗動ステージは2段重ね構成のもの以外に
いわゆる田の字構成のもの、平面モータ構成のものなど
がある。駆動手段はリニアモータが一般的である。
【0006】従来例における発熱源は粗動ステージ駆動
用リニアモータ、微動ステージ駆動用リニアモータ、お
よび不図示露光手段による露光熱である。
【0007】発熱源から発熱があると、レーザ干渉計光
路の空気密度が変化し計測精度を劣化させるし、粗動ス
テージや微動ステージが熱で変形しウエハが歪んだり計
測基準が歪んだりする。どちらも焼き付けられるパター
ンの精度を劣化させる。
【0008】この対策として図9の(b)と(c)に示
すように粗動リニアモータ、微動リニアモータにジャケ
ットを設けてそこに冷媒を循環させることでモータコイ
ルからの発熱を除去し、それでもジャケット外に漏れる
発熱は露光雰囲気全体に温調された空気を循環させて除
去するようにしている。
【0009】微動ステージリニアモータの断面図は図9
の(b)、粗動リニアモータの上から見た断面図は図9
の(c)、である。
【0010】一方露光系からの熱は大気中に伝導で逃げ
ていくので温調された空気を循環させることで十分事足
りている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】より微細なパターンを
焼き付けるためにEUV光源を使用し真空中で真空中で
露光を行う装置が提案されている。
【0012】真空中で露光を行う装置では空気を介した
熱の伝導が無視できる。このため従来例で問題になった
干渉計光路の揺らぎ問題は生じない。またアクチュエー
タと各部材を非接触に構成しておけばアクチュエータか
らの空気を介した熱の伝導も無視できるし、アクチュエ
ータのコイル等をジャケットで囲んで水冷すればコイル
からの発熱をほぼ100%除去できるのでアクチュエー
タから外部への熱の漏れも格段に小さくなる。
【0013】がしかし真空中の露光装置ではまわりが真
空なので露光系からの露光熱はまわりに逃げることは出
来ない。さらに真空中では従来例のような真空チャック
が使えないので静電チャックを用いる。ところが静電チ
ャックにはそれ自体が発熱する特性があり熱源がひとつ
増える。露光熱と静電チャックからの熱を除去するため
にチャック周りに冷却水を流すと冷却系からの振動を微
動ステージに伝達してしまう。すると6軸微動ステージ
のもつ振動絶縁という利点を損ない微動ステージの位置
精度を劣化させてしまうという欠点がある。
【0014】次に考えられるのは輻射を用いた熱の除去
で、チャック近傍に輻射板を設けて輻射板の温度を制御
し静電チャックや露光熱を除去することである。しかし
輻射現象はチャックと輻射板だけの間だけでなく周囲の
全ての物体との間で起こる。よって輻射板の温度を制御
し輻射板とチャック間で授受される熱量だけを制御して
もチャックを所望の状態に制御するのは極めて困難であ
る。つまり輻射による温調は精度が悪いという問題があ
る。
【0015】本発明は、真空中において非接触で高精度
の温調手段を提供すること、その温調手段を備える露光
装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】輻射板の温度を低温に設
定し、チャックから輻射板へ常に十分な熱量が移動する
ようにして周囲の温度、つまり周囲の物体との輻射によ
る熱の授受の程度にかかわらずチャックの温度は単調に
減少する状況をつくる。さらにチャックに加熱体および
温度計測手段を設けて温調は加熱体に加える熱の大小で
行うようにする。
【0017】微細なパターンを焼き付けるためにEUV
光源を使用し真空中で真空中で露光を行う露光装置が提
案されている。真空中ではウエハ等の工作物を固定する
のに静電チャックが用いられるが、静電チャックは発熱
を伴う。これを直接冷却すると冷却のための振動がウエ
ハに伝達されパターンの位置精度を劣化させる。そこで
チャックと非接触に支持される輻射板を設け輻射板の温
度を低温に設定し、チャックから輻射板へ常に十分な熱
量が移動するようにし、さらにチャックに加熱体および
温度計測手段を設けて温調は加熱体に加える熱の大小で
行うようにする。
【0018】
【発明の実施の形態】〈第1実施例〉全体図を図1に示
す。真空中で使用する装置であるから真空チャンバが設
けられ、ステージ系は真空チャンバの中に入っていて、
真空チャンバ内は高真空に保たれている。ステージ構
成、アクチュエータ構成は従来例と同一なので省略す
る。微動ステージ周りについてのみ図2で説明する。
【0019】微動ステージ天板上にウエハをチャックす
るための静電チャックが設けられ、静電チャックにウエ
ハがチャックされている。静電チャックの下には穴が設
けられ、静電チャック下面と対面するように輻射板が設
けられている。輻射板の下部には冷却手段が設けられ輻
射板が受けた熱量を除去し、輻射板の温度を常に低温に
保持するようになっている。
【0020】輻射板およびその下部の冷却手段は粗動ス
テージに固定されている。冷却手段は従来例に示したよ
うな冷却媒体を循環させて媒体の熱容量と流量によって
熱を除去するものや、ヒートパイプや冷凍系のような相
変化を利用するもの、気体の断熱膨張を利用するもの等
一般的な手段が使用可能である。
【0021】また輻射板と冷却手段の間にペルチェ素子
を介在させて輻射板自身を強制的に冷却してもよい。い
ずれの場合でも冷却手段においては何らかの媒質に熱を
移動させて媒質を強制的に移動させることが必要であり
除去する熱量が増えれば振動は増える傾向である。が、
この冷却手段は粗動ステージに固定されており微動ステ
ージ天板とは非接触なので冷却手段が振動を発生しても
微動ステージ天板には伝達されない。
【0022】静電チャック下部には不図示リード線を介
して不図示電源に接続される抵抗素子で構成される加熱
体および温度検出手段が複数個設けられ、静電チャック
の温度を所望の温度にするように静電チャックへの加熱
の度合いを調整できるようになっている。
【0023】以上の構成において露光装置はウエハを所
望位置に位置決めしたり走査したりしてウエハの露光を
行う。このときアクチュエータ系の発熱は従来例同様の
冷却ジャケットで除去されるがジャケットの外は真空な
のでほぼ100%の発熱がジャケット内の冷媒に回収さ
れ、外にはほとんど漏れない。問題は静電チャックの発
熱と露光熱である。
【0024】これらによって静電チャックの温度は上が
ろうとするが、穴のところに設けた輻射板の温度が静電
チャックの発熱と露光熱より大きな熱量を逃がすように
低温に設定されていてトータルとして静電チャック系か
らは熱が奪われるようになっている。さらにいうと真空
チャンバ壁や周辺の不図示投影系、本体系などとの相対
位置が変化するとそれらの周辺物体との輻射による熱の
授受も変化するが、その変動も込みでチャック系からは
熱が奪われるように輻射板の温度が設定されている。よ
ってそのままほっておくと静電チャックの温度は単調に
下がる。
【0025】輻射板の温度は静電チャックが周辺からう
ける熱量+静電チャック自身の発熱よりも大きい熱量を
排出できるようにさえ設定すればよい。それほど高精度
に制御しなくても良い。するとチャック下面に設けた温
度検出手段により温度が単調に下がっていくことが検出
されるので温度を一定に保つように図3のような温度制
御系で加熱体を制御すればよい。
【0026】図3では設定温度と温度検出手段で検出さ
れる温度との温度差にPID等の制御演算を施してこの
結果を熱量指令とする。熱量∝抵抗素子の電流の二乗な
ので熱量指令に√演算を施して抵抗素子の電流指令と
し、これを電流アンプに加えて抵抗素子の電流を制御す
る。
【0027】このような線形化は必ずしも必要ではなく
熱の変動が小さければ√演算を省略しても良い。
【0028】輻射板系とは関係なくチャック下面の加熱
体と温度検出手段だけで閉じた局所的な温度制御系にな
っている。複数個の各々の温度検出手段と加熱体の対に
対して図4のように図3の制御系を独立に適用しても良
いし、図5のように互いの干渉を考慮して複数個の温度
検出手段の検出結果に非干渉を目的とした行列演算を施
してそれを各制御系に帰還するようにしてもよい。
【0029】また加熱体と温度検出手段の数は同じであ
る必要も無く各々の数の組み合わせは臨機応変に対応す
ればよい。加熱体から加えた熱量はすぐに温度検出手段
に帰還されるので高精度な温度制御が可能になる。
【0030】この結果、真空中で使用する露光装置おい
て非接触で高精度な温度制御が実現できる。
【0031】〈第2実施例〉第2実施例を図6に示す。
第1実施例ではチャック下面近傍のみに温調手段を構成
しチャックのみの温調を行っていた。しかし静電チャッ
クの発熱は天板にも伝わり天板を変形させる可能性もあ
る。天板が変形すると計測基準であるミラーとウエハの
相対関係が変化するのでウエハの位置精度を劣化させ
る。そこで本実施例では、天板下面にも温度検出手段お
よび加熱体を設け、天板下面も輻射板と対面させる。
【0032】加熱体,温度検出手段、輻射板の構成、作
用効果は第1実施例と同じである。
【0033】第2実施例特有の効果はチャックだけでな
く天板も温調されるので天板変形によるウエハの位置精
度劣化を回避できることである。
【0034】〈第3実施例〉第3実施例を図7に示す。
加熱体の構成以外は第1実施例と同じである。加熱体に
ついてのみ説明する。
【0035】天板下面の加熱体を単なる導体で構成し、
粗動ステージ側には導体と対面してコイルを設けコイル
に高周波電流を流すことにより導体に誘導電流をながし
て高周波加熱するのが基本である。チャック下面には複
数の導体が形成されている。導体は薄膜をメッキや蒸着
などで形成するのが望ましい。チャックと導体との密着
性がよくなり導体とチャックとの境界での熱抵抗が減少
するからである。効果は基本的に第1実施例と同じであ
る。
【0036】第3実施例特有の効果として抵抗素子の分
の結線が不要になる。この結果微動ステージへの振動伝
達要素が減り、微動ステージの制御精度が向上する。
【0037】〈変形例など〉走査型露光装置では原版で
あるマスクもウエハに同期して走査される。このために
マスクステージが必要になり粗動が1軸であること以外
はウエハステージと同様の構成になる。
【0038】よってマスクおよびマスクチャックの冷却
においても第1から第3実施例と同様の構成が適用でき
る。
【0039】真空中でウエハを保持して処理を行う他の
半導体製造装置にも適用可能である。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、真
空中で使用する半導体露光装置、半導体製造装置におい
て非接触で高精度な温度制御が実現できる
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施例全体図
【図2】 第1実施例微動天板詳細図
【図3】 第1実施例温度制御ブロック図1
【図4】 第1実施例温度制御ブロック図2
【図5】 第1実施例温度制御ブロック図3
【図6】 第2実施例微動天板詳細図
【図7】 第3実施例微動天板詳細図
【図8】 従来例の全体図
【図9】 (a)は粗動ステージH形斜視図、(b)は
微動ステージ冷却系断面図、(c)は粗動リニアモータ
冷却系断面図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空中で使用される半導体製造装置の温
    調系において温調対象付近にを輻射現象を利用した温調
    対象と非接触に支持された熱量除去手段と、温調対象に
    直付けされた加熱手段と温度検出手段を設けることを特
    徴とする半導体製造装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において熱量除去手段は輻射板
    と冷却手段から構成されることを特徴とする半導体製造
    装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において加熱体は抵抗
    素子で構成されることを特徴とする半導体製造装置。
  4. 【請求項4】 請求項1から3の何れかにおいて加熱体
    は温調対象に直付けされた導体および導体と非接触に支
    持されたコイルから構成されることを特徴とする半導体
    製造装置。
  5. 【請求項5】 請求項1から4の何れかにおいて加熱体
    制御手段を設け、温調対象の目標温度と上記温度検出手
    段による検出温度との差によって上記加熱体を制御する
    ことを特徴とする半導体製造装置。
  6. 【請求項6】 請求項1の温調手段を有する半導体製造
    装置
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