JP2011119483A - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部から露光装置内へ搬入されたレチクルを効率的に温調し、スループットを向上させた露光装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、レチクルのパターンをウエハに露光する露光装置において、ロードポートからレチクルステージまでのレチクル搬送系路内に配置され、前記レチクルの温度を検知する温度検知手段と、前記レチクルを前記ロードポートから前記レチクルステージに搬送する際に、前記温度検知手段によって検知されたレチクル温度とレチクルステージ雰囲気温度または前記レチクルステージ上のレチクルチャック温度のいずれか一方との差分を算出する手段と、前記算出された差分が所定の範囲内である場合、前記レチクルをレチクル保管棚に搬送せずに前記レチクルステージへ搬送するように制御を行う制御手段とを有する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、レチクル保管棚がロードポートからレチクルステージまでのレチクル搬送系路の途中に配置される露光装置に関する。

露光装置で使用するレチクルにおいて、レチクルの温度が変化すると熱膨張が起こり、レチクルの寸法変化が発生してしまう。露光シーケンスを開始すると、レチクルに対して照射されるエキシマレーザ等の露光熱によりレチクル温度は徐々に増加を始める。石英の線膨張率（０．５×１０−６［１／Ｋ］）より、例えば０．１℃温度変化すると０．０５μｍも寸法が変化してしまう。上記理由から、露光装置内にレチクルが外部から搬入される際は、レチクルの温度をレチクルステージ雰囲気温度と同等にする必要がある。そのため、特許文献１では、レチクルを露光装置内のレチクルステージ上でチャックし、レチクルステージ雰囲気温度に馴染ませるため、一定時間放置して露光を開始する構成を開示している。また、特許文献２では、強制的にレチクルの温度をレチクルステージのチャック温度に慣らすための手段を施した構成を開示している。

特登録０３５１３４３７号公報 特登録０３７０１００７号公報

しかしながら、特許文献１や２が開示する方法では、外部から露光装置内にレチクルが搬入される際のレチクルの温度は不明である。したがって、レチクルが露光装置内のレチクルステージ雰囲気温度と同等であった場合は、レチクルステージ上、またはレチクル保管棚で予め設定されていた時間を温調時間として無駄に費やす事になる。
そこで本発明は、外部から露光装置内へ搬入されたレチクルを効率的に温調し、スループットを向上させた露光装置を提供することを目的とする。

本発明は、レチクルのパターンをウエハに露光する露光装置において、ロードポートからレチクルステージまでのレチクル搬送系路内に配置され、前記レチクルの温度を検知する温度検知手段と、前記レチクルを前記ロードポートから前記レチクルステージに搬送する際に、前記温度検知手段によって検知されたレチクル温度とレチクルステージ雰囲気温度または前記レチクルステージ上のレチクルチャック温度のいずれか一方との差分を算出する手段と、前記算出された差分が所定の範囲内である場合、前記レチクルをレチクル保管棚に搬送せずに前記レチクルステージへ搬送するように制御を行う制御手段とを有することを特徴とする。

本発明の露光装置によれば、外部から露光装置内へ搬入されたレチクルを効率的に温調し、スループットを向上させた露光装置を提供することができる。

露光装置を示す図 ロードポート周辺におけるレチクルの搬送を示す図 ロードポート周辺を示す図 温度計を備えたレチクル搬送ハンドを示す図 ライン状ノズルを備えたレチクル保管棚を示す図 チャンバの空調手段よりガスを導入したレチクル保管棚を示す図 温調ブロックをレチクルに接触させることでレチクルを温調するレチクル保管棚を示す図 レチクル温調シーケンスのフローチャートを示す図

図１（ａ）は、本発明の特徴を最も良く表す露光装置の全体図であり、図１（ｂ）は露光装置の外観図である。まず、図１（ａ）及び（ｂ）により露光装置内でのレチクルの流れの概略を説明する。

露光装置周辺環境はチャンバ６によりクリーンルーム内のチャンバ外環境と分離され、温度、気圧、清浄度等が管理されている。レチクル１は１枚又は複数枚毎にキャリア２８に収納保持された状態で、平面方向に複数個配置されたロードポート３１にセットされている。

レチクル１はロードポート３１上でキャリア２８から下方向へ引出された後、レチクル搬送手段４によりレチクル搬送系路内をレチクルステージ７１まで搬出される。レチクルＩＤ読取装置５１によりレチクル上のコードが読取られレチクルＩＤの登録又は確認が行われる。その後、レチクルプリアライメントステーション５４でレチクルステージ７１に対しての位置合わせが行われてから、レチクルステージ７１へ送り込まれ露光に用いられる。検査装置５２は、レチクル１をレチクルステージ７１へ搬送する途中にレチクル１にゴミが付着していないかどうかを検査する。

レチクル保管棚５３はレチクル１を複数枚保管する。本実施例ではレチクル保管棚５３は１台しか備えていないが複数台備えていてもよい。また、レチクル保管棚５３はレチクルステージ７１により近い位置に配置するのが望ましい。予め使うレチクルのスケジュールが分かっている場合は、レチクル１をキャリア２８により先送りしてゴミ検査終了済みのものをレチクル保管棚５３へ待機させておく。このことにより、レチクル交換時間を短縮でき、効率的なレチクルマネージメントを行うことができる。

また、レチクルＩＤの登録は、不図示のキャリアＩＤ読取装置によってキャリア２８がロードポート３１にセットされた時点でキャリアに貼り付けられているコードを読むことによって行う。レチクルＩＤを露光前の確認用として使うようにしても良いし、キャリアＩＤのデータを元に、内部に収納している複数枚のレチクルデータをオンラインにて上位の演算処理装置からもらうようにしてもよい。

制御手段８０によって、レチクルの搬送や露光等の制御を行う。

照明装置（不図示）は回路パターンが形成されたレチクル１を照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、例えば、光源としてレーザを使用する。レーザは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長約１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザなどを使用することができる。しかし、レーザの種類はエキシマレーザに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザを使用してもよいし、そのレーザの個数も限定されない。光源にレーザが使用される場合、レーザ光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザ光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部に使用可能な光源はレーザに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

照明光学系はマスクを照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。

投影光学系７３は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）を使用することができる。また、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することもできる。

レチクルステージ７１およびウエハステージ７２は、たとえばリニアモータによって移動可能である。ステップアンドスキャン投影露光方式の場合には、それぞれのステージは同期して移動する。また、レチクルパターンをウエハ上に位置合わせするためにウエハステージおよびレチクルステージの少なくともいずれかに別途アクチュエータを備える。

このような露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用されうる。

次に、図２により、ロードポートの詳細を説明する。レチクル１はキャリア２８内で、レチクルキャリアライブラリ２８３により支持されており、開口部をキャリアドア２８２にて封止され密閉状態で保持されている。図２（ａ）に示すように、キャリア２８はロードポート３１へセットされる。ロードポート３１へのセットは、人手で行ってもよい。また、ＡＧＶ（ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｇｕｉｄｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ）や、ＯＨＴ（ｏｖｅｒ ｈｅａｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ）などにより自動搬送で行ってもよい。

図２（ｂ）に示すように、キャリア本体２８１は、不図示のクランプ機構によりロードポート３１に対して固定される。ロードポートドア３３はキャリア２８がセットされていない状態でロードポート３１の開口部を封止して保持されており、チャンバ６の気密を保っている。また、ロードポートドア３３内部にはキャリアドア２８２のロックを解除する解除機構と、キャリアドア２８２とロードポートドア３３を一体で保持するための例えばバキューム吸着などの保持機構を内蔵している。

キャリア２８がロードポート３１にセットされた後、キャリアロック解除機構によりキャリア２８のロックが解除される。それと同時に前記保持機構によりキャリアドア２８２とロードポートドア３３が一体状態で保持され、それぞれのドアの外側に付着したチャンバ外環境の異物がキャリアドア２８２とロードポートドア３３の間にトラップされる。

そして、図２（ｃ）に示すように、エレベータ機構３２によりレチクル１を複数枚支持しているレチクルキャリアライブラリ２８３ごとキャリア本体２８１内から下方へ引き抜く。これにより、チャンバ壁６１に囲まれたチャンバ６の内側へレチクル１を搬送する。そして、図２（ｄ）に示すように、レチクル搬送ロボット４２によりレチクル１をキャリア２８からレチクルステージ７１へ搬送する。

露光装置外ではレチクルの温度は厳密に管理されていないため、キャリア２８を介して露光装置内に搬入されたレチクルの温度をできる限り早く把握する必要がある。本発明の実施例においては、レチクル搬送ロボット４２でレチクル１を搬送する前に、キャリアライブラリ２８３に収納されているレチクルの温度を、例えば放射温度計のような非接触式温度計で計測する。

キャリアライブラリ２８３がレチクル受け渡し位置に移動完了後、キャリアライブラリ２８３上のレチクル側面の高さが放射温度計３４（温度計）の計測エリア範囲内になるよう、放射温度計３４をあらかじめ位置調整しておく。図３で示している放射型温度計３４はレチクルの側面に対して４箇所ずつ備えており、簡易的にレチクルの面内温度ムラを把握することが可能である。また、より正確なレチクル面内温度ムラを把握するためにより多くの放射型温度計３４を備えてもよい。上記方法により、レチクル搬送ロボット４２でレチクル１を搬送する前にレチクル１の温度を把握することが可能になる。キャリアライブラリ２８３に収納されているレチクル１の温度を計測する手段としては、非接触式温度計だけでなく、熱伝対やサーミスタ等の接触式温度計であってもよい。

また露光装置のレイアウトの都合等でキャリアライブラリ２８３上のレチクル１の温度を計測できない場合は、図４のようにレチクル搬送ロボット４２の搬送ハンド４１に接触式温度計３５を備えておいてもよい。搬送ハンド４１には４箇所の真空吸着部４１１、レチクル１を吸着部で真空引きするための溝４１２、負圧用の弁（不図示）が設けてある。上記構成でレチクル１を保持している。このレチクル１との接触部分である、真空吸着部４１１に熱伝対やサーミスタ等の接触式温度計３５を接続することで、レチクル１の温度を計測することが可能である。

また露光装置のレイアウトの都合等でキャリアライブラリ２８３上のレチクル１の温度を計測できない場合や、レチクル搬送ロボット４２の搬送ハンド４１上のレチクル１の温度を計測できない場合も考えられる。その場合は、ＩＤ読取装置５１、ゴミ検査装置５２、アライメントステーション５４、レチクル保管棚５３等に温度計を設けることも可能である。ＩＤ読取装置５１に温度計が設けられている場合は、レチクルＩＤ読取り時にレチクル温度を検知することが可能であるので、温度検知に係る時間の無駄を省くことが可能となる。また、ゴミ検査装置５２、アライメントステーション５４に温度計を設けたときも、それぞれゴミ検出時、アライメント時に温度検知をすることができ、温度検知に係る時間の無駄を省くことが可能となる。

また、本発明における露光装置のレチクルステージ７１空間の雰囲気は温調された空間となっており、その温度をモニターしている。また、前述の方法により検知した露光装置外から搬入されたレチクル温度とレチクルステージ７１の周囲空間のレチクルステージ雰囲気温度との差分を算出する機能を備えている。また、レチクル温度とレチクルステージ上のレチクルチャック温度との差分を算出してもよい。差分の算出は、制御手段８０が行ってもよいし、別に算出する機能を設けてもよい。そして、その差分が予め設定しておいた閾値（例えば±０．１℃）以内であれば、露光シーケンスを開始できると判断し、即座にレチクル搬送ロボット４２によりレチクルステージ７１へ搬送を開始する。一方、上記の差分が閾値を越えていた場合、速やかにレチクル１を温調する必要がある。

次に、図５により、本発明の温調手段を有するレチクル保管棚５３の実施形態について詳細な構造と温調方法を説明する。図５（ａ）はレチクル保管棚詳細正面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のレチクル保管棚をＡ−Ａで切った断面図である。

まず、レチクル保管棚５３の詳細な構造について説明する。レチクル保管棚５３は側壁５３１により三方を囲まれ、レチクルの搬出入のために一方向のみ開放されている。レチクル支持部５３２はレチクル保管棚５３内でレチクル１を支持している。本実施例のレチクル保管棚５３はレチクル１を５枚保管させる構造となっているが、さらに多くのレチクル１を保管できる構造としてもよい。保管されているレチクル１の上面には、１段上のスロットと空間を仕切る仕切り板５３３を保管するレチクル１の枚数分だけ構成している。また、レチクル１の搬出入側に対して反対部分に、レチクル１の上面と仕切り板５３３との隙間に温調ガス５３６を高速に吹き付けるためのライン状ノズル５３５を備える。温調ガス５３６は、温調ガス供給部５４０（温調手段）から供給される。レチクル上面に流す温調ガスの局所的な流速を増加させ効果的な温調を行うために、レチクル１の上面と仕切り板５３３との隙間はできる限り小さいことが好ましい。さらに流量、流速を増加させるために曲面形状板５３４をライン状ノズル５３５近傍に構成する。

次に、本発明のレチクル保管棚５３の温調方法について説明する。

図８にレチクル温調シーケンスのフローチャートを示す。

露光装置外から搬入されたレチクル温度とレチクルステージ７１空間の雰囲気温度との差分が所定の範囲内（例えば±０．１℃）である場合は、レチクルの温調を行わずにそのままレチクルプリアライメントステーションへ搬送する。そしてプリアライメント後、レチクルをレチクルステージ７１へ搬送する。逆に差分が所定の範囲外である場合、レチクル温調を実行する。この一連の温調シーケンスの実行は、制御手段８０が行うようにしてもよい。

搬入されたレチクル温度と算出された差分の値から、レチクル保管棚５３に構成されているライン状ノズル５３５からレチクル上面に吹き付ける温調ガスの流速、流量、温度のいずれかの値、または、全てを適切な値に変化させる。最も温調時間が短縮されるように装置内の演算機能から最適なパラメータを自動算出することができる。また、実験や、シミュレーション等により予め装置内に流速、流量、温度をパラメータとして保管しておいてもよい。

次に、図６により、本発明の特徴である温調手段を有するレチクル保管棚５３の他の実施形態を示す。以下に、詳細な構造と温調方法を説明する。図６（ａ）はレチクル保管棚詳細正面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のレチクル保管棚をＡ−Ａで切った断面図である。

前述のライン状ノズル５３５の形態と基本構成はほぼ同じだが、レチクル保管棚５３に供給される温調ガスは露光装置空間用に高精度に温調されたガスをレチクル保管棚用に分配する。このため、新たに配管設備を追加することなくレチクル温調が可能であるので経済的である。

露光装置内チャンバより配分されたガスで複数枚のレチクルを効率的に温調させるために供給口側に配置してある曲面形状板５３４を事前に調整しておく。あるいは、前記温度検知手段で検知したレチクル温度から最適な角度を自動算出し、アクチュエータを構成し、自動で角度を変更できるようにしても良い。

次に、図７に、本発明の特徴である温調手段を有するレチクル保管棚５３の他の実施形態を示す。以下に、詳細な構造と温調方法を説明する。図７はレチクル保管棚のある１スロットの詳細平面図である。

基本的な構成要素は前述のレチクル保管棚５３と同様であるが、温調方法が異なる。本実施例の温調媒体は温調ブロック５３７（温調手段）による固体伝熱方式である。温調ブロックの内部には温調された液体を流すための流路を設けてある。温度検知手段により検知したレチクル温度から、液体の流速、流量、温度のいずれかの値、または、全てを適切な値に変化させる。最も温調時間が短縮されるように装置内の演算機能から最適なパラメータを自動算出することができる。また、実験や、シミュレーション等により予め装置内に流速、流量、温度をパラメータとして保管しておいてもよい。

また、温調ブロック５３７にはエアシリンダ５３８が接続されている。レチクル１がレチクル保管棚５３に搬入された後に温調ブロック５３７がエアシリンダ５３８により駆動し、レチクル側面に接触する。このとき、温調ブロック５３７を所定の圧力でレチクル１に押し付けるため、エアシリンダ５３８への供給圧力を最適値に設定しておく。また、図７においては、レチクルの搬入口以外の３方向より、温調ブロック５３７を接触させているが、露光装置のレイアウトに余裕があれば上記以外の方向から接触させても良い。

さらに、接触させることで、レチクルに対する傷やパーティクルが懸念される場合は、温調ブロック５３７とレチクル１を接触させず、微小なすきまを空けておくだけでも十分な温調効果は期待できる。さらに、前述のライン状ノズル５３５による温調ガス供給手段５４０と併用して温調時間を短縮させても良い。

上記温調シーケンスが完了したら、搬送ロボット４２でレチクル１をアライメントステーション５４に搬送し、レチクル１の位置決めを行った後、レチクルステージ７１へ送り込み、露光シーケンスを開始する。

以上、本発明による実施例について具体的な説明を行ったが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、本発明による温調手段を有するレチクル保管棚にレチクル温度を検知可能な接触式、または非接触式温度計を構成し、これにより検知した温度からフィードフォワード制御をかけてレチクルを温調してもよい。

また、本発明による温調手段を有するレチクル保管棚に保管しておくレチクルは、露光開始前のレチクルに限定されるものではない。例えば、露光シーケンスが完了し、暖められたレチクルに対して次回の露光シーケンスまでの間に所望の温度に安定させて保管しておくことであってもよい。

デバイス製造方法を以下に説明する。半導体集積回路素子、液晶表示素子等のデバイスは、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラス基板等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。

１ レチクル
４ レチクル搬送手段
３１ ロードポート
３４ 温度計
５３ レチクル保管棚
７１ レチクルステージ
８０ 制御手段

Claims (6)

1. レチクルのパターンをウエハに露光する露光装置において、
   ロードポートからレチクルステージまでのレチクル搬送系路内に配置され、前記レチクルの温度を検知する温度検知手段と、
   前記レチクルを前記ロードポートから前記レチクルステージに搬送する際に、前記温度検知手段によって検知されたレチクル温度とレチクルステージ雰囲気温度または前記レチクルステージ上のレチクルチャック温度のいずれか一方との差分を算出する手段と、
   前記算出された差分が所定の範囲内である場合、前記レチクルをレチクル保管棚に搬送せずに前記レチクルステージへ搬送するように制御を行う制御手段とを有することを特徴とする露光装置。
2. 前記温度検知手段は、非接触式温度計であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記温度検知手段は、接触式温度計であることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記温度検知手段は、レチクルを保持する搬送ハンドに設けられることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. 前記温度検知手段は、前記レチクル搬送系路内に配置されたアライメントステーションによるレチクルのアライメント時に温度検知が可能な位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置を用いてレチクルパターンをウエハに露光する工程と、
   前記露光されたウエハを現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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