JP2009238922A - 露光装置、露光方法及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板にパターンを好適に形成できる露光装置、露光方法及びデバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】制御装置は、ウエハが第２チャンバ内のウエハステージに設置されると（ステップＳ１３）、ウエハにパターンを形成する際の形成条件を、該ウエハの膨張量に応じて調整する（ステップＳ１４，Ｓ１５）。その後、制御装置は、調整された形成条件で、ウエハに対してパターン像を投影する（ステップＳ１６）。
【選択図】図３

Description

本発明は、大気圧よりも減圧された減圧雰囲気に設定されたチャンバ内で、感光性材料が塗布された基板上にパターンを形成するための露光装置、露光方法及び該露光方法を用いたデバイスの製造方法に関するものである。

一般に、ＥＵＶ（Extreme Ultraviolet ）光やＥＢ（Electron Beam ）などを用いて、基板にパターン像を投影する露光装置は、内部が真空雰囲気に設定されたチャンバ内に設置される。このような露光装置は、所定のパターンが形成された反射型のマスクを保持するマスク保持装置と、所定のパターンの像が投影されるウエハ、ガラスプレートなどの基板を保持する基板保持装置とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２７６９３２号公報

ところで、大気圧雰囲気であるチャンバ外から真空雰囲気に設定されたチャンバ内に搬送された基板は、大気圧から解放された分だけ該基板に加わる圧力が低下するため、相似的に拡大、即ち膨張する。そして、チャンバ内においてパターンの像が投影された基板がチャンバ外に搬出された場合、該基板は、再び大気圧が加わることにより相似的に収縮する。

そのため、チャンバ内で基板に形成されたパターンは、基板の収縮に対応した分だけ相似的に収縮してしまい、この収縮に伴い、パターン及び該パターンと共に形成されるアライメントマークの位置ずれが生じるという問題があった。例えば、内部雰囲気が異なる複数のチャンバを有する露光装置を用いて、複数のパターンを重ね合わせてマイクロデバイスを製造する場合、内部が真空雰囲気に設定された第１チャンバ内で基板上に第１パターンが形成され、その後、該基板は、内部が大気圧雰囲気に設定された第２チャンバ内に搬送される。そして、第２チャンバ内で基板上に次の第２パターンを第１パターンに重ね合わせて露光した場合には、第１チャンバ内で形成した第１パターンと第２チャンバ内で形成した第２パターンとの間に重ね合わせ誤差が生じるおそれがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板にパターンを好適に形成できる露光装置、露光方法及びデバイスの製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、実施形態に示す図１〜図７に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の露光装置は、大気圧よりも減圧された減圧雰囲気に設定されたチャンバ（１２）内で、感光性材料が塗布された基板（Ｗ）上にパターン（６１）を形成する露光装置（１１）であって、前記チャンバ（１２）外からチャンバ（１２）内に搬送された前記基板（Ｗ）の変形に応じて、該基板（Ｗ）への前記パターン（６１）の形成条件を調整する調整装置（５０）を備えたことを要旨とする。

また、本発明の露光方法は、大気圧よりも減圧された減圧雰囲気に設定されたチャンバ（１２）内で、感光性材料が塗布された基板（Ｗ）上にパターン（６１）を形成する露光方法であって、前記チャンバ（１２）外からチャンバ（１２）内に搬送された前記基板（Ｗ）の変形に応じて、該基板（Ｗ）への前記パターン（６１）の形成条件が調整される調整ステップ（Ｓ１４，Ｓ１５、Ｓ２０）と、該調整ステップ（Ｓ１４，Ｓ１５、Ｓ２０）後に、放射ビーム（ＥＬ）が前記基板（Ｗ）上に照射されることにより該基板（Ｗ）に前記パターン（６１）が形成される露光ステップ（Ｓ１６）とを有することを要旨とする。

上記構成によれば、減圧雰囲気に設定されたチャンバ内では、チャンバ外からチャンバ内に搬送されたことに起因した基板の変形に応じて、該基板へのパターンの形成条件が調整されてから、基板に対してパターンが形成される。そのため、チャンバ内でパターンが形成された基板をチャンバ外に搬出した場合、該基板には、適切な形状のパターンが形成されている。したがって、基板にパターンを好適に投影できる。

また、本発明の露光装置は、大気圧よりも減圧された減圧雰囲気に設定されたチャンバ（１２）内で、感光性材料が塗布された基板（Ｗ）上にパターン（６１）を形成する露光装置（１１）であって、前記チャンバ（１２）外からチャンバ（１２）内に搬送された前記基板（Ｗ）を冷却する冷却装置（２３）を備えた露光装置。

また、本発明の露光方法は、大気圧よりも減圧された減圧雰囲気に設定されたチャンバ（１２）内で、感光性材料が塗布された基板（Ｗ）上にパターン（６１）を形成する露光方法であって、前記チャンバ（１２）外からチャンバ（１２）内に搬送された前記基板（Ｗ）を冷却する冷却ステップ（Ｓ２０）と、該冷却ステップ（Ｓ２０）後に、放射ビーム（ＥＬ）を前記基板（Ｗ）上に照射することにより該基板（Ｗ）に前記パターンを形成する露光ステップ（Ｓ１６）とを有する露光方法。

一般に、チャンバ外からチャンバ内に搬送された基板は、周囲の圧力雰囲気の相違に起因して変形する。そこで、本発明では、チャンバ内に搬送された基板は、冷却されることにより、その形状がチャンバ外にあった場合と略同等の形状に戻される。この状態で基板にパターンが投影される。したがって、基板にパターンを好適に投影できる。

なお、本発明をわかりやすく説明するために実施形態を示す図面の符号に対応づけて説明したが、本発明が実施形態に限定されるものではないことは言うまでもない。

本発明によれば、基板にパターンを好適に形成できる。

（第１の実施形態）
以下に、本発明を具体化した第１の実施形態について図１〜図４に基づき説明する。
図１に示すように、本実施形態の露光装置１１は、波長が１００ｎｍ程度以下の軟Ｘ線領域である極端紫外光、即ちＥＵＶ（Extreme Ultraviolet ）光を露光光ＥＬとして用いるＥＵＶ露光装置であって、内部が真空雰囲気となる第１チャンバ１２内に設置されている。この第１チャンバ１２には、該第１チャンバ１２内にウエハＷ（本実施形態ではシリコンウエハ）を搬送するための第１搬送口１３と、該第１搬送口１３を開閉するための第１開閉装置１４とが設けられている。また、第１チャンバ１２のＹ方向側（図１では右側）には、第１搬送口１３を介して内部が連通する第２チャンバ１５が設けられている。この第２チャンバ１５には、該第２チャンバ１５内に外部からウエハＷを搬送するための第２搬送口１６と、該第２搬送口１６を開閉するための第２開閉装置１７と、第２搬送口１６を介して第２チャンバ１５内に搬送されたウエハＷを載置する不図示の載置台とが設けられている。

露光装置１１は、露光光源１８と、照明光学系１９と、所定のパターンが形成された反射型のレチクルＲを保持するレチクルステージ２０と、投影光学系２１と、表面にレジストなどの感光性材料が塗布されたウエハＷを保持するウエハステージ２２とを備えている。また、露光装置１１には、第１チャンバ１２内に搬送されたウエハＷの温度を、露光装置１１の設置された環境の温度と同等の基準温度（例えば２３℃）に温度調整するための温度調整機構２３が設けられている。なお、ウエハＷを大気圧雰囲気から真空雰囲気の第１チャンバ１２内に搬送される際、第２チャンバ（ロードロック室）１５内は、第２搬送口１６を介してウエハＷが搬送されると、第２搬送口１６を閉じ状態にして図示しない真空ポンプの駆動によって減圧、即ち真空引きされる。このとき、第２チャンバ１５内では、気体の断熱膨張が発生して第２チャンバ内の温度が低下し、その結果、ウエハＷの温度が低下する。そこで、温度調整機構２３は、ウエハＷが第２チャンバ１５から第１チャンバ１２内に搬送された場合に、第２チャンバ１５内での気体の断熱膨張により温度低下したウエハＷの温度を再び回復させる。

本実施形態の露光光源１８としては、レーザ励起プラズマ光源が用いられており、該光源は、波長が５〜２０ｎｍ（例えば１３．５ｎｍ）となるＥＵＶ光を出力する。
照明光学系１９は、露光光源１８側から順に配置された反射型のコリメート用ミラー２４、コンデンサミラー２５、一対のフライアイミラー（不図示）を備えている。これら各ミラー２４，２５、一対のフライアイミラーの反射面には、露光光ＥＬを反射する複数の反射層がそれぞれ形成されている。そして、コンデンサミラー２５に反射された露光光ＥＬは、一対のフライアイミラーを介してレチクルＲ側に配置された折り返し用の反射ミラー２６により、レチクルステージ２０に保持されるレチクルＲに導かれる。

レチクルステージ２０は、後述する投影光学系２１の物体面側に配置され、レチクルＲを静電吸着する静電チャック２７と、レチクルＲを、Ｙ軸方向（図１における左右方向）に所定ストロークで移動させると共に、Ｘ方向及びθｚ方向（Ｚ軸周りの回転方向）にも微少量移動させるための移動機構２８とを備えている。そして、レチクルＲにおいて上記パターンが形成された被照射面（即ち、図１における下面）で反射された露光光ＥＬは、投影光学系２１に導かれる。なお、本実施形態のレチクルＲは、シリコンウエハ、石英、低膨張ガラスなどの薄板、該薄板の裏面側に形成された導電層、該薄板の表面側に形成された反射層及び該反射層上に形成された吸収層を備え、該吸収層に上記パターンが形成されている。

投影光学系２１は、複数枚（本実施形態では６枚）の反射型のミラー２９，３０，３１，３２，３３，３４を備えている。そして、レチクルＲ側から導かれた露光光ＥＬは、第１ミラー２９、第２ミラー３０、第３ミラー３１、第４ミラー３２、第５ミラー３３、第６ミラー３４の順に反射され、ウエハステージ２２に保持されるウエハＷに導かれる。なお、各ミラー２９〜３４のうち第１ミラー２９、第２ミラー３０、第４ミラー３２及び第６ミラー３４は凹面鏡である一方、第３ミラー３１及び第５ミラー３３は凸面鏡である。

なお、投影光学系２１は、複数枚の反射型のミラー２９〜３４のうち少なくとも一つのミラーに、投影光学系２１の光学特性（例えば、波面収差、コマ収差、像面湾曲、ディストーション、後述する投影倍率等）を調整する不図示の光学特性調整機構を備えている。この光学特性調整機構は、投影光学系２１の光軸に対してミラーを傾斜させたり、光軸方向と平行な方向に移動させたりすることが可能である。なお、光学特性調整機構は、ミラー自身の形状を変化させることが可能な構成であってもよい。

ウエハステージ２２は、略直方体状のステージ本体３５と、該ステージ本体３５上においてウエハＷを静電吸着可能であって且つ炭化珪素から構成される保持ホルダ３６と、該保持ホルダ３６を介してウエハＷの温度を維持する温度維持機構３７（例えばペルチェ素子）とを備えている。そして、保持ホルダ３６に静電吸着されるウエハＷの表面を投影光学系２１から射出された露光光ＥＬが照射することにより、ウエハＷには、レチクルＲ上の上記パターンを所定倍率に縮小したパターン像が投影される。すなわち、ウエハＷには、上記パターンを縮小させた縮小パターン（以下、単に「パターン」という。）が形成される。

また、ウエハステージ２２には、ステージ本体３５を介してウエハＷをＹ軸方向に所定ストロークで移動させると共に、Ｘ方向及びＺ方向に移動させるための移動機構３８と、ウエハステージ２２のＸＹ平面上での位置を検出するためのウエハレーザ干渉計３９とが設けられている。このウエハレーザ干渉計３９は、ウエハステージ２２の位置に関する位置情報を後述する制御装置５０（図２参照）に出力する。また、ウエハステージ２２には、保持ホルダ３６をＺ方向の位置、Ｘ方向周りの傾斜角及びＹ方向周りの傾斜角を制御するＺレベリング機構（不図示）も組み込まれている。また、ステージ本体３５上において保持ホルダ３６の−Ｙ方向側（図１では左側）には、表面のＺ方向における高さ位置が保持ホルダ３６に静電吸着されるウエハＷの表面のＺ方向における高さ位置と略同等となる基準マーク板４０が設けられている。この基準マーク板の表面には、複数の基準マークが形成されている。

本実施形態において、投影光学系２１の近傍には、ウエハＷのＸＹ平面上での位置合わせを行うためのオフアクシス・アライメント系４１が設けられている。このオフアクシス・アライメント系４１は、レチクルを感光させない波長を有するレーザ光でウエハＷ上のアライメントマークを照射することにより該アライメントマークを撮像し、該撮像結果を用いて基準マーク板４０の基準マークに対する上記アライメントマークの位置（即ち、各マーク間の距離）を計測するものである。すなわち、本実施形態のオフアクシス・アライメント系４１は、ＦＩＡ（Field Image Alignment）系のセンサを備えた構成とされている。そして、オフアクシス・アライメント系４１によって検出されたアライメントマークの位置に関する情報は、後述する制御装置５０に出力される。

次に、本実施形態の露光装置１１の駆動を制御する制御装置５０について、図２に基づき説明する。
図２に示すように、制御装置５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどを有するデジタルコンピュータを備えた構成であって、露光装置１１全体の駆動を制御している。すなわち、ベースラインチェックをする場合、制御装置５０は、オフアクシス・アライメント系４１、移動機構３８及びウエハレーザ干渉計３９の駆動を制御することにより、基準マーク板４０の基準マークとウエハＷ上のアライメントマークとの間の距離を計測する。また、ウエハＷに露光を行う場合、制御装置５０は、露光光源１８、照明光学系１９及び投影光学系２１を制御し、ウエハＷを照射する露光光ＥＬの光量やウエハＷへのパターン像の投影倍率などを調整する。その後、制御装置５０は、レチクルステージ２０及びウエハステージ２２の各移動機構２８，３８を制御し、ウエハＷ上にパターン像を投影する。

次に、本実施形態の制御装置５０が実行する各制御処理のうち、一枚のウエハＷにパターン像を投影する際に、パターン像の形成条件を調整するために実行される処理ルーチンについて図３に示すフローチャートに基づき説明する。なお、この処理ルーチンは、第１搬送口１３を閉じ状態にして第１チャンバ１２内を大気圧よりも減圧された減圧雰囲気、即ち真空雰囲気に設定されてから実行される。

さて、処理ルーチンが実行されると、制御装置５０は、第２搬送口１６を開状態にすべく第２開閉装置１７の駆動を制御する。そして、制御装置５０は、第２チャンバ１５内に第２搬送口１６を介してウエハＷを上記載置台上に搬送させるべく図示しない基板搬送装置の駆動を制御する（ステップＳ１０）。続いて、制御装置５０は、第２開閉装置１７を駆動させて第２搬送口１６を閉状態にした後、第２チャンバ１５内の圧力を第１チャンバ１２内の圧力まで減圧させる。そして、制御装置５０は、第２チャンバ１５内の圧力が第１チャンバ１２内の圧力とほぼ同程度になったとき、第１搬送口１３を開状態にすべく第１開閉装置１４の駆動を制御し、第２チャンバ１５内のウエハＷを第１チャンバ１２内に搬送させるべく上記基板搬送装置の駆動を制御する（ステップＳ１１）。その後、制御装置５０は、第１搬送口１３を閉状態にすべく第１開閉装置１４の駆動を制御する。

続いて、制御装置５０は、ウエハＷを温度調整機構２３に移送するべく上記基板搬送装置の駆動を制御する。そして、制御装置５０は、ウエハＷの温度Ｔを基準温度ＫＴに調整すべく温度調整機構２３を制御する（ステップＳ１２）。そして、制御装置５０は、温度調整機構２３上のウエハＷをウエハステージ２２の保持ホルダ３６上に移送するべく上記基板搬送装置の駆動を制御し、該保持ホルダ３６にウエハＷを静電吸着させる（ステップＳ１３）。続いて、制御装置５０は、上記光学特性調整機構を制御して、ウエハＷに投影するパターン像の形成状態、例えば、パターン像の投影倍率（ウエハＷに形成するパターン６１（図４（ａ）参照）の大きさ）の微調整を行う（ステップＳ１４）。

ここで、ウエハＷは、第２チャンバ１５の外（大気圧雰囲気）から第２チャンバ１５を介して第１チャンバ１２内（真空雰囲気）に搬送される。そのため、温度調整機構２３によってウエハＷの温度Ｔが基準温度ＫＴに維持される場合、ウエハＷは、真空雰囲気中において大気圧から解放される分だけ、相似的に拡大、即ち膨張する。このような第１チャンバ１２内と外部との圧力差（以下、「静圧」という。）とウエハＷの体積変動率との関係は、以下に示す関係式（式１）に示される。

ただし、Ｐ…静圧、Ｋ…体積弾性係数、ΔＶ／Ｖ…ウエハの体積変化率
また、ウエハＷの弾性変形可能な範囲内では、体積弾性係数Ｋと、ウエハＷ（即ち、シリコン）のヤング率（縦弾性係数）及び剛性率（横弾性係数）との各関係は、以下に示す関係式（式２）（式３）に示される。

ただし、Ｅ…ヤング率、ν…ポワソン比、Ｇ…剛性率
また、ウエハＷの体積変化率ΔＶ／ＶとウエハＷの長さの変化率との関係は、ウエハＷの膨張収縮が等方性を有し、且つ体積変化率ΔＶ／Ｖが１よりも十分に小さい場合、以下に示す関係式（式４）及び（式５）に示される。

ただし、ΔＬ／Ｌ…ウエハの長さの変化率
そして、静圧Ｐが解放された場合、即ち、真空雰囲気にウエハＷが設置された場合におけるウエハＷの長さの変化率ΔＬ／Ｌは、以下に示す関係式（式６）に示される。

そのため、シリコンは、そのヤング率Ｅが１３０ＧＰａであると共に、ポワソン比νが０．２８であることから、シリコンの体積弾性係数Ｋは９９ＧＰａとなる。すなわち、静圧Ｐ（略１０１３２５Ｐａ）から解放された場合におけるウエハＷの長さの変化率ΔＬ／Ｌ（即ち、伸び率）は、０．３４ｐｐｍ（＝０．００００３４％）となる。

したがって、ステップＳ１４では、ウエハＷに形成されるパターン６１が所望する大きさよりも０．３４ｐｐｍだけ大きくなるように投影光学系２１の光学特性が調整される。続いて、制御装置５０は、ウエハＷの中でパターン像を投影する位置、即ちパターン６１を形成する位置の微調整を行う（ステップＳ１５）。具体的には、制御装置５０は、ベースラインチェックを行うべくオフアクシス・アライメント系４１、移動機構３８及びウエハレーザ干渉計３９をそれぞれ制御し、基準マーク板４０の基準マークとウエハＷ上のアライメントマークとの間の距離を計測する。この際、上述したように、ウエハＷは、外部から第１チャンバ１２内に搬送させたことにより膨張している。そのため、制御装置５０は、オフアクシス・アライメント系４１及びウエハレーザ干渉計３９からの各種情報に基づいた実測値よりも０．３４ｐｐｍ分だけ短い補正値が上記距離として出力される。すなわち、制御装置５０は、ウエハＷの膨張量に対応するオフセット値、即ち、０．３４ｐｐｍに相当する値を考慮し、上記距離を出力する。その結果、制御装置５０は、０．３４ｐｐｍ分だけ余分にステージ本体３５を移動させるべく移動機構３８の駆動を制御する。

そして、制御装置５０は、ウエハステージ２２に保持されるウエハＷに対してパターン像を投影すべく露光を行い（ステップＳ１６）、その後、処理ルーチンを終了する。
次に、本実施形態の露光装置１１による露光方法について図４（ａ）（ｂ）に基づき説明する。前提として、ウエハＷの温度Ｔは、温度調整機構２３にて基準温度ＫＴに調整されているものとする。また、図４（ａ）にて実線で示すパターン６１は、ウエハＷの膨張を考慮して各種調整が行われた状態で形成されたものである一方、図４（ａ）にて二点鎖線で示すパターン６０は、ウエハＷの膨張などを考慮せずに形成されたものであるとする。また、図４（ｂ）にて実線で示すパターン６１は、所望する位置であって且つ所望の大きさに形成されたものである一方、図４（ｂ）にて二点鎖線で示すパターン６０は、所望する位置からずれた位置であって且つ所望の大きさよりも小さく形成されたものであるとする。なお、図４（ａ）（ｂ）では、明細書の説明理解の便宜上、パターン６０，６１の膨張や収縮を誇張して図示している。

さて、温度調整機構２３にて温度Ｔが基準温度ＫＴに調整されたウエハＷがウエハステージの保持ホルダ３６に静電吸着されると、投影光学系２１によるウエハＷに対するパターン像の投影倍率が微調整される。すなわち、ウエハＷの膨張分だけ、ウエハＷに大きくパターン像が投影されるように投影光学系２１の光学特性が微調整される。そして次に、ウエハＷの中でパターン像が投影される位置もまた、ウエハＷの膨張分だけ微調整される。このようにウエハＷの膨張に伴う微調整が行われてから、ウエハＷに対して露光が行われる。

すなわち、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、ウエハＷには、上記の調整が行われない場合のパターン６０に比して、０．３４ｐｐｍ分だけ相似的に拡大されたパターン６１が形成される。また、本実施形態では、上記の調整が行われない場合のパターン６０に比して、０．３４ｐｐｍ分だけＹ方向側の位置にパターン６１が形成される。

そのため、上記のように露光されたウエハＷを第１チャンバ１２外、即ち、大気圧雰囲気内に搬送した場合、ウエハＷは、第１チャンバ１２内に設置された場合に比して大気圧が加わることにより収縮、即ち、相似的に縮小する。すると、ウエハＷに形成されたパターン６１もまた、ウエハＷの収縮に基づき収縮すると共に、位置も変位する。その結果、図４（ｂ）に示すように、大気圧雰囲気でのウエハＷには、所望する位置に所望する大きさのパターン６１が形成される。したがって、この後に複数のパターン像を大気圧雰囲気で重ね合わせ投影させる場合、従来の場合とは異なり、パターン６１の収縮分を加味することなく、重ね合わせるパターンがウエハＷ上に形成される。

したがって、本実施形態では、以下に示す効果を得ることができる。
（１）真空雰囲気に設定された第１チャンバ１２内では、大気雰囲気から第２チャンバ１５を介して第１チャンバ１２内に搬送されたことに起因したウエハＷの変形に応じて、該ウエハＷへのパターン６１の形成条件を調整した後、ウエハＷに対してパターン６１が形成される。そのため、パターン６１が形成されたウエハＷを第１チャンバ１２外に搬送した場合、ウエハＷは収縮するものの、ウエハＷには、適切な形状のパターン６１が形成されている。したがって、ウエハＷにパターン６１を好適に形成できる。

（２）ウエハＷは、大気圧雰囲気から真空雰囲気である第１チャンバ１２内に搬送されると、膨張する。そのため、本実施形態では、ウエハＷの膨張分を加味し、所望する大きさよりも大きな形状のパターン像がウエハＷに投影される。そして、第１チャンバ１２内で露光が行われたウエハＷを第１チャンバ１２外に搬送した場合、該ウエハＷには、所望の大きさのパターン６１が形成されている。したがって、その後にパターン６１に他のパターン像を重ね合わせ投影を行う場合、該他のパターン像の大きさを調整する工程を省略することができる。

（３）また、ウエハＷ上においてパターン像が投影される位置は、ウエハＷの膨張分を加味して調整される。その結果、第１チャンバ１２内で露光が行われたウエハＷを第１チャンバ１２外に搬送した場合、該ウエハＷには、所望する位置にパターン６１が形成されている。したがって、その後にパターン６１に他のパターン像を重ね合わせ投影を行う場合、該他のパターン像の位置を調整する工程を省略することができる。

（４）一般に、ウエハＷは、大気圧雰囲気から真空雰囲気に搬送されると、一時的に温度が低下し、該温度低下に基づき収縮する。この状態でウエハＷに対して露光を行う場合、露光時のウエハＷの温度も加味してパターン６１の形成条件を調整する必要があり、その調整が非常に複雑になる。この点、本実施形態では、ウエハＷの温度Ｔが基準温度ＫＴに調整されてからウエハＷに対する露光が行われる。そのため、温度変化に起因したウエハＷの収縮を考慮しなくてもよい分、第１チャンバ１２内におけるウエハＷへのパターン６１の形成条件の複雑化を回避できる。

（５）また、ウエハＷに対する露光中、即ち、ウエハＷに露光光ＥＬが照射される間は、温度維持機構３７によってウエハＷ及び保持ホルダ３６の温度Ｔが温度調整機構２３によって基準温度ＫＴに維持される。そのため、露光中におけるウエハＷの上昇が回避される結果、温度上昇に起因したウエハＷの膨張を回避できる。したがって、ウエハＷへのパターン６１の好適な形成に貢献できる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図５に従って説明する。なお、第２の実施形態は、処理ルーチンの内容が第１の実施形態と異なっている。したがって、以下の説明においては、第１の実施形態と相違する部分について主に説明するものとし、第１の実施形態と同一又は相当する部材構成には同一符号を付して重複説明を省略するものとする。

本実施形態の処理ルーチンについて、図５に示すフローチャートに基づき説明する。
さて、処理ルーチンにおいて、制御装置５０は、上記ステップＳ１０，Ｓ１１と同等の処理を順番に実行する。続いて、制御装置５０は、ウエハＷの温度Ｔを基準温度ＫＴよりも予め設定された調整温度ΔＫＴ（本実施形態では０．０８℃）だけ低い温度に調整すべく温度調整機構２３を制御する（ステップＳ２０）。

ここで、シリコンの熱膨張係数は、略４．３ｐｐｍ／Ｋである。そのため、ウエハＷの温度Ｔを低下させることにより、ウエハＷを０．３４ｐｐｍ分だけ収縮させるためには、ウエハＷの温度Ｔを基準温度ＫＴから０．０８℃だけ低くする必要がある。すなわち、上記調整温度ΔＫＴは、ウエハＷを０．３４ｐｐｍ、即ち、膨張分だけ収縮させるために必要な温度に設定されている。

ウエハＷの温度Ｔが基準温度ＫＴよりも調整温度ΔＫＴだけ低くなった場合、制御装置５０は、上記基板搬送装置を制御してウエハＷをウエハステージ２２の保持ホルダ３６上に搬送させ、上記ステップＳ１６の処理を実行する。その後、制御装置５０は、処理ルーチンを終了する。

すなわち、本実施形態では、第１チャンバ１２内においてウエハＷの温度Ｔが基準温度ＫＴよりも調整温度ΔＫＴだけ低く設定されるため、ウエハＷの大きさは、チャンバ１２，１５内への搬送前のウエハＷの大きさと同等になる。そのため、第１の実施形態の場合とは異なり、ウエハＷに投影するパターン像の大きさや投影する位置を調整する必要もなく、ウエハＷにパターン像が投影される。このような形成条件でパターン６１が形成されたウエハＷがチャンバ１２，１５外に搬送され、該ウエハＷの温度Ｔが基準温度ＫＴに設定されると、ウエハＷには、所望する位置に所望する大きさのパターン６１が形成されている。

なお、ウエハＷの温度Ｔが、第２チャンバ１５内における真空引きによる気体の断熱膨張により、基準温度ＫＴよりも調整温度ΔＫＴだけ低い所定温度よりも低くなることがある。この場合、温度調整機構２３は、ウエハＷの温度が上記所定温度となるまでウエハＷの温度を上昇させればよい。

したがって、本実施形態では、上記第１の実施形態の効果（１）、（５）に加えて以下に示す効果を得ることができる。
（６）ウエハＷは、大気圧雰囲気から真空雰囲気である第１チャンバ１２内に搬送されると、膨張する。そのため、本実施形態では、ウエハＷの大きさが大気圧雰囲気での大きさと同等となるようにウエハＷの温度Ｔが基準温度ＫＴよりも調整温度ΔＫＴだけ低く設定される。そして、この状態で露光が行われるため、第１チャンバ１２外に搬送されたウエハＷには、所望する位置に所望する大きさのパターン６１が形成されている。したがって、その後にパターン６１に他のパターン像を重ね合わせ投影を行う場合、該他のパターン像の大きさ及び投影する位置を調整する工程を省略することができる。

（７）もし仮に保持ホルダ３６にてウエハＷを静電吸着した状態で該ウエハＷの温度Ｔを基準温度ＫＴよりも調整温度ΔＫＴだけ低くしたとすると、ウエハＷとは異なる素材で保持ホルダ３６が構成されているため、ウエハＷと保持ホルダ３６とがバイメタルとして機能する可能性がある。その結果、ウエハＷが不必要に変形してしまい、パターン像の投影に不具合が生じる可能性があった。この点、本実施形態では、温度調整機構２３にて基準温度ＫＴよりも調整温度ΔＫＴだけ低い温度Ｔに調整されたウエハＷが、ウエハステージ２２の保持ホルダ３６上に搬送される。そのため、保持ホルダ３６に保持されるウエハＷの変形に起因したパターン像の投影不良の発生を抑制できる。

なお、上記各実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・各実施形態において、保持ホルダ３６は、ステージ本体３５から着脱自在な構成であってもよい。この場合、ウエハＷを、保持ホルダ３６と共に搬送する構成であってもよい。すなわち、上記基板搬送装置は、保持ホルダ３６上にウエハＷを載置させた状態で、該ウエハＷの搬送を行うことが望ましい。

・第２の実施形態において、第１チャンバ１２内に搬送されたウエハＷの温度Ｔを、ウエハステージ２２で基準温度ＫＴよりも調整温度ΔＫＴだけ低い温度に調整するようにしてもよい。この場合、ウエハＷの温度Ｔが基準温度ＫＴよりも調整温度ΔＫＴだけ低い温度になってから、保持ホルダ３６にウエハＷを静電吸着させることが望ましい。

同様に、第１の実施形態において、第１チャンバ１２内に搬送されたウエハＷの温度Ｔを、ウエハステージ２２で基準温度ＫＴに調整するようにしてもよい。
・各実施形態において、ウエハステージ２２には、温度維持機構３７を設けなくてもよい。

・各実施形態において、温度調整機構２３は、冷却用の流体（循環液や気体）が流動する流体用配管を備えた構成であってもよい。この場合、温度調整機構２３において、ウエハＷは、上記流体用配管を介して該配管内を流動する流体に吸熱されることになる。

・各実施形態において、オフアクシス・アライメント系４１は、レーザ光をウエハＷ上に形成されたアライメントマークを照射し、回折・散乱された光を利用して基準マーク板４０の基準マークに対する上記アライメントマークの位置を計測する、ＬＳＡ（Laser Step Alignment）系のセンサを備えた構成であってもよい。また、オフアクシス・アライメント系４１は、ウエハＷ上のアライメントマークに周波数の異なる２種類のレーザ光を２方向から照射し、発生した２つの回折光を干渉させ、その位相から基準マーク板４０の基準マークに対する上記アライメントマークの位置を計測する、ＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment）系のセンサを備えた構成であってもよい。さらに、オフアクシス・アライメント系４１は、ＦＩＡ系のセンサ、ＬＳＡ系のセンサ及びＬＩＡ系のセンサを任意に組み合わせた構成であってもよい。

・第１の実施形態において、ステップＳ１４の処理を省略してもよい。すなわち、パターン像の大きさの微調整を行うのであれば、ウエハＷの膨張に基づくパターン像の投影位置の微調整を行わなくてもよい。

・第１の実施形態において、ステップＳ１３の処理を省略してもよい。すなわち、パターン像の投影位置の微調整を行うのであれば、ウエハＷの膨張に基づくパターン像の大きさの微調整を行わなくてもよい。

・第１の実施形態において、ウエハＷに投影するパターン像の大きさを微調整する場合には、投影光学系２１での調整だけではなく、レチクルＲを投影光学系２１に接近させるべくレチクルステージ２０の移動機構２８を駆動させるようにしてもよい。また、レチクルステージ２０の移動機構２８を駆動させるのであれば、投影光学系２１での調整を行わなくてもよい。

・第１の実施形態において、基準マーク板４０の基準マークからウエハＷのアライメントマークまでの距離を実測値よりも短く出力する方法としては、ソフトウエア的に処理する方法であってもよいし、上記距離が短く計測されるような特殊な光学系を用いる方法、即ち、ハードウエア的に処理する方法であってもよい。

・各実施形態において、露光装置１１は、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクルまたはマスクを製造するために、マザーレチクルからガラス基板やシリコンウエハなどへ回路パターンの像を投影する露光装置であってもよい。また、露光装置１１は、液晶表示素子（ＬＣＤ）などを含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンの像をガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッド等の製造に用いられて、デバイスパターンをセラミックウエハ等へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置などであってもよい。

また、シリコン以外のウエハに露光を行う場合には、該ウエハの素材に応じてパターン像の形成条件を設定することが望ましい。
・各実施形態の露光装置１１は、マスクと基板とが相対移動した状態でマスクのパターンを基板へ転写し、基板を順次ステップ移動させるスキャニング・ステッパ、及び、マスクと基板とが静止した状態でマスクのパターンを基板へ転写し、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式のステッパを問わず適用することができる。

・各実施形態において、露光光源１８は、例えばｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、Ｆ_２レーザ（１５７ｎｍ）、Ｋｒ_２レーザ（１４６ｎｍ）、Ａｒ_２レーザ（１２６ｎｍ）等を出力可能な光源であってもよい。また、露光光源１８は、ＤＦＢ半導体レーザまたはファイバレーザから発振される赤外域、または可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（またはエルビウムとイッテルビウムの双方）がドープされたファイバアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を出力可能な光源であってもよい。

また、この場合には、チャンバ１２，１５内を、真空雰囲気ではなく、大気圧よりも減圧された減圧雰囲気に設定してもよい。
次に、本発明の実施形態の露光装置１１によるデバイスの製造方法をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法の実施形態について説明する。図６は、マイクロデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートを示す図である。

まず、ステップＳ１０１（設計ステップ）において、マイクロデバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ１０２（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レチクルＲなど）を製作する。一方、ステップＳ１０３（基板製造ステップ）において、シリコン、ガラス、セラミックス等の材料を用いて基板（シリコン材料を用いた場合にはウエハＷとなる。）を製造する。

次に、ステップＳ１０４（基板処理ステップ）において、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０４で用意したマスクと基板を使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によって基板上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ１０５（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ１０４で処理された基板を用いてデバイス組立を行う。このステップＳ１０５には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。最後に、ステップＳ１０６（検査ステップ）において、ステップＳ１０５で作製されたマイクロデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷される。

図７は、半導体デバイスの場合におけるステップＳ１０４の詳細工程の一例を示す図である。
ステップＳ１１１（酸化ステップ）おいては、基板の表面を酸化させる。ステップＳ１１２（ＣＶＤステップ）においては、基板表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１１３（電極形成ステップ）においては、基板上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１１４（イオン打込みステップ）においては、基板にイオンを打ち込む。以上のステップＳ１１１〜ステップＳ１１４のそれぞれは、基板処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。

基板プロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ１１５（レジスト形成ステップ）において、基板に感光性材料を塗布する。引き続き、ステップＳ１１６（露光ステップ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置１１）によってマスクの回路パターンを基板に形成する。次に、ステップＳ１１７（現像ステップ）において、ステップＳ１１６にて露光された基板を現像して、基板の表面に回路パターンからなるマスク層を形成する。さらに続いて、ステップＳ１１８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップＳ１１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となった感光性材料を取り除く。すなわち、ステップＳ１１８及びステップＳ１１９において、マスク層を介して基板の表面を加工する。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、基板上に多重に回路パターンが形成される。

第１の実施形態における露光装置を示す概略構成図。 露光装置の電気的構成を示すブロック図。 第１の実施形態における処理ルーチンを説明するフローチャート。 （ａ）は第１チャンバ内においてパターン像が投影されたウエハの一部を示す模式図、（ｂ）は第１チャンバ内からチャンバ外に搬出されたウエハの一部を示す模式図。 第２の実施形態における処理ルーチンの一部を説明するフローチャート。 デバイスの製造例のフローチャート。 半導体デバイスの場合の基板処理に関する詳細なフローチャート。

符号の説明

１１…露光装置、１２…第１チャンバ、２０…マスク保持装置としてのレチクルステージ、２１…投影光学系、２２…基板保持装置としてのウエハステージ、２３…冷却装置としての温度調整機構、３６…保持ホルダ、３７…温度維持機構、３９…計測装置としてのウエハレーザ干渉計、４１…計測装置としてのオフアクシス・アライメント系、５０…調整装置、計測装置としての制御装置、６１…パターン、Ｒ…マスクとしてのレチクル、Ｔ…温度、Ｗ…基板としてのウエハ。

Claims (13)

1. 大気圧よりも減圧された減圧雰囲気に設定されたチャンバ内で、感光性材料が塗布された基板上にパターンを形成する露光装置であって、
   前記チャンバ外からチャンバ内に搬送された前記基板の変形に応じて、該基板への前記パターンの形成条件を調整する調整装置を備えた露光装置。
2. 前記基板は、前記チャンバ外からチャンバ内に搬入されることによって膨張する請求項１に記載の露光装置。
3. 前記パターンが形成されたマスクを保持するマスク保持装置と、
   前記パターンを介した放射ビームを前記基板に照射する光学系とをさらに備え、
   前記調整装置は、前記基板の膨張量に基づき、前記マスク保持装置及び前記光学系のうち少なくとも一方を調整する請求項２に記載の露光装置。
4. 前記基板を保持して移動可能な基板保持装置と、
   該基板保持装置の位置を計測する計測装置とをさらに備え、
   前記調整装置は、前記基板の膨張量に対応するオフセット値に基づき、前記計測装置によって計測される前記基板保持装置の位置を補正する請求項２又は請求項３に記載の露光装置。
5. 前記基板を冷却する冷却装置をさらに備え、
   前記調整装置は、前記基板の膨張量に基づき、前記冷却装置を制御する請求項２に記載の露光装置。
6. 前記基板を保持するための保持ホルダと、該保持ホルダに保持される前記基板の温度を維持するための温度維持機構とを有する基板保持装置をさらに備え、
   前記冷却装置は、前記保持ホルダとは別体として設けられている請求項５に記載の露光装置。
7. 大気圧よりも減圧された減圧雰囲気に設定されたチャンバ内で、感光性材料が塗布された基板上にパターンを形成する露光装置であって、
   前記チャンバ外からチャンバ内に搬送された前記基板を冷却する冷却装置を備えた露光装置。
8. 大気圧よりも減圧された減圧雰囲気に設定されたチャンバ内で、感光性材料が塗布された基板上にパターンを形成する露光方法であって、
   前記チャンバ外からチャンバ内に搬送された前記基板の変形に応じて、該基板への前記パターンの形成条件を調整する調整ステップと、
   該調整ステップ後に、放射ビームを前記基板上に照射することにより該基板に前記パターンを形成する露光ステップと
   を有する露光方法。
9. 前記調整ステップでは、前記基板の変形に基づき、前記基板上に形成される前記パターンの大きさの調整が行われる請求項８に記載の露光方法。
10. 前記調整ステップでは、前記基板の変形に対応するオフセット値に基づき、前記基板を保持する基板保持装置の位置が調整される請求項８又は請求項９に記載の露光方法。
11. 前記調整ステップでは、前記基板の変形に基づき、該基板が冷却される請求項８に記載の露光方法。
12. 大気圧よりも減圧された減圧雰囲気に設定されたチャンバ内で、感光性材料が塗布された基板上にパターンを形成する露光方法であって、
    前記チャンバ外からチャンバ内に搬送された前記基板を冷却する冷却ステップと、
    該冷却ステップ後に、放射ビームを前記基板上に照射することにより該基板に前記パターンを形成する露光ステップと
    を有する露光方法。
13. リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法において、
    前記リソグラフィ工程は、請求項８〜請求項１２のうち何れか一項に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイスの製造方法。

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