JP4689308B2 - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置およびデバイス製造方法に関するものである。

半導体露光装置等のデバイス製造装置においては、位置決めステージ駆動手段や電気基板、レーザ発振器等の発熱源を有するために、この発熱源による露光装置の周囲雰囲気の温度上昇を阻止することが重要な課題となっている。すなわち、半導体露光装置の雰囲気の温度が変動すると、露光光路中の気体の揺らぎによる屈折率の変動、局部的な温度上昇や温度変動が生じて露光むらを発生させ、精度の良い位置決めが困難となり、さらにレチクルやウエハ等の基板に熱変形が生じるなど、高精度な露光転写を行うことが困難になる。

そのために、レチクルやウエハ等の基板の温度の上昇や変動を制御し、レチクルやウエハ等の基板の温度を所定温度に維持するための温度調整装置、及び露光装置を包囲するチャンバ内の温度の上昇や変動を制御し、チャンバ内の温度を所定温度に維持するための温度調整装置が採用されている。この種の温度調整装置を備えた露光装置としては、例えば、特開２００１−２４４１７９号公報に記載の装置を図２を用いて説明する。

この露光装置２２は、レチクル等の原版のパターンをウエハ等の基板に転写する露光装置本体１５と、露光装置本体１５を包囲するチャンバ２０内の気体の温度を調整する気体温度調整装置２１を具備する。露光装置本体１５を包囲するチャンバ２０には、気体流入口１９と気体流出口１４がそれぞれ上下に設けられ、気体温度調整装置２１により所定の温度に調整された気体は、上方の気体流入口１９から供給され、矢印で示すように露光装置本体１５に沿って下方に流れ、その後に気体流出口１４から排出されるように構成され、チャンバ２０内を矢印で示すように露光装置本体１５に沿って流れる気体が、露光装置本体１５の発熱源から発生する熱を放熱させて排除し、チャンバ２０内の気体の温度を所定の温度に維持する作用をする。また、気体温度調整装置２１は、チャンバ２０の気体流出口１４から排気される気体を冷却水等を用いて熱交換を行い所定の温度まで冷却する冷却器３と、充分に冷却された気体を特定温度まで引き上げて最終温調目的温度との温度差を少なくするように気体を予熱するためのベースヒータ２８と、最終温調目的温度に精密温度調整を行う高感度ベースヒータ２９とを配管経路３０で順次連通して構成され、また、ベースヒータ２８で予熱された気体の温度を測定する温度センサ６及び高感度ベースヒータ２９で精密に温度調整されてチャンバ２０内に流入した気体の温度を測定する温度センサ２４が、ベースヒータ２８の流出側とチャンバ２０内にそれぞれ配置され、これらの温度センサ６，２４による測定結果に基きベースヒータ２８と高感度ベースヒータ２９をそれぞれ制御するように構成されている。

このような従来の露光装置２２の温度調整装置２１においては、チャンバ２０から排出される気体や適宜フィルタリングして取り込まれる外気は、冷却水等を用いて熱交換を行う冷却器３で一旦冷却され、充分に冷却された気体は、ベースヒータ２８を用いて特定の温度まで引き上げられるように予熱され、さらに予熱された気体は高感度ベースヒータ２９により精密に所定の最終温調目的温度に調整されて、チャンバ２０内に流入する。この時、制御部１３aが、温度センサ６，２４による気体の温度の測定結果に基いて、ベースヒータ２８及び高感度ベースヒータ２９の作動を制御している。

このように、気体温度調整装置２１により所定の温度に調整された気体は、ファン５によりフィルタ２５を通過後、チャンバ２０内に供給され、レチクルステージ２６、及びウエハステージ２７を有する露光装置本体１５に沿って矢印で示すように流れ、この間に露光装置本体１５が発生する熱を吸収しあるいは排除して、露光装置本体１５の周囲の雰囲気を一定の温度に維持し、良好な露光精度を得ることができるようにしている。

また、図２の従来の温度調節装置の冷媒である冷却水３１は先ず、冷却器１０へと送られる。該冷媒である冷却水３１は冷却器１０により所定の温度まで冷却される。このとき冷却器１０は制御部１３ｂにより温度センサ１１に基づき制御される。冷却器１０の出口には温度センサ１１が設けられていて、制御部１３ｂは、温度センサ１１による測定結果に基づいて、冷媒（冷却水３１）が所定の温度まで冷却されるように冷却器１０を制御する。冷却水３１は冷却器１０により所定の温度まで冷却された後、加温器２へと送られる。冷却水３１は加温器２により所定の温度まで加熱される。加温器２の出口には温度センサ１２が設けられていて、制御部１３ｂは、温度センサ１２による測定結果に基づいて、冷媒が所定の温度まで加温されるように加温器２を制御する。加温器２は制御部１３ｂにより温度センサ１２に基き制御され、精密温調された冷却水３１は露光装置本体１５へと供給され、露光装置本体１５のレチクルステージ２６や、ウエハステージ２７等の種々の発熱源から発生する熱を充分に放熱させて排除し、露光装置本体１５内の各部位の温度を調整しあるいは冷却し、露光装置本体１５の温度を安定させる。これによって、精度のよい露光が可能となる。
特開２００１−２４４１７９号公報

ところで、半導体露光装置等においては、露光むらをなくし、かつ精密な位置決めを必要とし、高い分解能で気体の温度を調整することが重要である。さらに、今まで以上にスピードアップが求められており、そのために、より大電力を消費する方向へ進んでいる。また同時に、省エネルギに対する重要性も増してきており、省エネルギの観点から電力の消費量を削減することも要求されており、ステージが高速化・大型化しているのに対しても消費電力を今までと同等にもしくはさらに小さくすることが必要となってきている。

しかしながら、従来の半導体露光装置等における温度調整装置においては、露光装置自体が大きいために、温度調整を要する空間（露光装置本体を包囲するチャンバ）も大きく、温度調整システムも大きなものとなっている。また、温度調整装置の冷却器はその能力を充分に可変とすることができず、ヒータ側で温度調整を行うようにしている。そのため、冷却器の能力は、通常、露光装置本体が充分に稼働している状態での発熱量を基準に想定して決められており、この冷却器の能力に応じて温度を上昇させるために必要な容量を持つヒータを用いることが必要となる。そのため、冷却器やヒータはともに大容量のものが必要となり、消費電力を削減することが困難であった。

そこで、本発明は、省エネルギの点で有利な露光装置を提供することを目的とする。

本発明は、基板を露光する露光装置であって、
前記基板の露光が行われるチャンバと、
前記チャンバを通して気体を循環させ且つ該気体の温度を調整する気体温度調整系統と、
工場から供給された第１の水の温度を調整する水温度調整系統と、
を有し、
前記水温度調整系統は、前記第１の水より低温な第２の水を前記工場から供給されて前記第２の水との熱交換により前記第１の水を冷却し、その冷却された前記第１の水を、前記気体温度調整系統により前記チャンバから排出された前記気体との熱交換により加熱し、その加熱された前記第１の水を前記チャンバ内の熱源に供給して該熱源を冷却する、
ことを特徴とする露光装置である。

以上説明したように、本発明によれば、省エネルギの点で有利な露光装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための好ましい形態のデバイス製造装置として露光装置につき、図面に基いて詳細に説明する。

本発明に基く温度調整装置を備えた実施例１に係る露光装置について、その概略構成を示す図１を参照して説明する。図１において、この露光装置２２は、レチクル等の原版のパターンをウエハ等の基板に転写する露光装置本体１５と、露光装置本体１５を包囲するチャンバ２０と、チャンバ２０内の気体の温度を調整する気体温度調整装置２１とを具備している。

また、この露光装置２２は、露光装置本体１５を包囲するチャンバ２０に、気体流入口１９と気体流出口１４がそれぞれ上下に設けられ、気体温度調整装置２１により所定の温度に調整された気体が、上方の気体流入口１９から供給され、矢印で示すように露光装置本体１５に沿って下方に流れ、その後、気体流出口１４から排出されるように構成されている。そして、チャンバ２０内を矢印で示すように露光装置本体１５に沿って流れる気体が、露光装置本体１５の発熱源から発生する熱を放熱させて排除し、チャンバ２０内の気体の温度を所定の温度に維持する作用をする。

気体温度調整装置２１は、チャンバ２０の気体流出口１４から排気される気体をバイパスするバタフライ弁（バイパス弁）１と、気体流出口１４から排気される気体の流量を調整するバタフライ弁１’と、チャンバ２０から排出された気体が工場から供給された水と熱交換を行い所定の温度まで加熱する加温器２と、工場から供給された水８と熱交換を行った気体を冷却するための冷却器３と、気体を最終温調目的温度に精密温度調整を行う加温器４と、気体を循環させるファン（送風機）５とを順次連通して構成されている。冷媒温度調整装置７は、冷媒である工場から供給された水８を、工場から供給された冷却水９を用いて熱交換して所定の温度まで冷却する冷却器１０（即ち、工場設備から供給される冷却水を利用して前記冷媒の温度を調整する手段）と、チャンバ２０から排出された気体を用いて熱交換して冷媒（工場から供給された水８）を所定の温度まで加熱する加温器２（即ち、気体を利用して前記冷媒の温度を調整する手段）とを順次連通して構成されている。加温器２の熱交換量は、チャンバ出口後のバタフライ弁１とバタフライ弁１’により、チャンバ２０から排出され加温器２に流れる気体の量を調整することによって制御される。
本発明における「工場から供給された水８」は、従来例である図２の「冷却水３１」に相当し、いずれも露光装置全体の冷媒である。本発明における「工場から供給された冷却水９」は本発明の特徴の１であり、従来例にはない。

また、冷媒温度調整装置７には、冷却器１０の流出側の冷媒の温度を測定する温度センサ１１と、加温器２で温度調整され流出する冷媒の温度を測定する温度センサ１２とが設置され、これらの温度センサは制御部１３（それぞれの制御部１３ａ，１３ｂ）に接続されている。この制御部１３は、温度センサ１１，１２により、それぞれの部位で測定される温度の結果に基いて、バタフライ弁１とバタフライ弁１’を制御するように構成されている。バタフライ弁１とバタフライ弁１’は弁開度により気体の圧損変化により風量が変化しないように駆動されることが望ましい。

また、気体温度調整装置２１には冷却器３の流出側の気体の温度を測定する温度センサ６と、加温器４を流出しチャンバ空間の温調をする気体の温度を測定する温度センサ２４が設置されており、これらの温度センサは制御部１３ｃに接続されている。そして、制御部は、温度センサ６，２４により、それぞれの部位で測定される温度の結果に基いて、冷却器３と、加温器４と、バタフライ弁１を制御するように構成されている。

以上のように構成される気体温度調整装置２１、または冷媒温度調整装置７もしくは両方を備えた露光装置において、気体流出口１４から排出される気体は、露光装置本体１５から発生する熱を吸収して高温状態となって配管経路１６へ流出し、先ず、バイパスされる。このときのバイパス量は制御部１３aにより制御されるバタフライ弁１，１’により調整される。気体は配管経路１７を介して加温器２へ導かれ、同時にバイパス経路１８に流れ込む。配管経路１７から加温器２へ導かれた高温の気体は、工場設備より供給された水８の温度調整を行った後、冷却器３へと送られる。即ち、露光装置本体に供給される気体を利用して、冷媒である工場設備より供給された水８の温度調整を行っている。冷却器３へ送られた気体は、制御部１３ｃの指令により所定の温度まで冷却され、精密温調のため加温器４へと送られる。加温器４へ送られた気体は、制御部１３ｃの指令に基き精密温調されてファン５へと送られる。また、このときファン５の設置場所は加温器４の後には限定しない。精密温調された気体は気体流入口１９へと送り込まれる。所定の最終温調目的温度に調整され気体は、気体流入口１９からフィルタを通りチャンバ２０内に供給され、露光装置本体１５の種々の発熱源から発生する熱を充分に放熱させて排除し、チャンバ２０内の各部位の温度を調整しあるいは冷却し、チャンバ２０内の雰囲気を安定させる。これによって、精度のよい露光を行うことが可能になる。

また、工場設備より供給された水８は、まず、冷却器１０へと送られる。工場設備より供給された水８は、工場設備より供給される冷却水９と熱交換器を介して熱交換することにより、冷却器１０にて所定の温度まで冷却される。このとき工設備より供給される水８と工場設備からの冷却水９の熱交換量は制御部１３ｂに基き制御される。

冷却器１０の出口には温度センサ１１が設けられていて、制御部１３ｂは温度センサ１１による測定結果に基いて、工場設備から供給された水８が所定の温度まで冷却されるように流量調整弁２３を制御する。

冷却器１０により所定の温度に調整された水は、加温器２へ送られ、この加温器２にて、チャンバ２０から排出された気体と熱交換を行い、所定の温度に加熱される。このときのチャンバ２０から排出された気体との熱交換量は、気体の流量をバタフライ弁１とバタフライ弁１’を制御することにより行う。バタフライ弁１とバタフライ弁１’の制御は、温度センサ１２による測定結果に基いて制御部１３ａにより制御される。工場設備より供給された水８は、加温器２で所定の温度に加熱された後、冷却器１０で所定の温度まで冷却されてもよい。

工場設備より供給され精密温調された水８は、露光装置本体１５へと供給され、露光装置本体１５の種々の発熱源から発生する熱を充分に放熱させて排除し、露光装置本体１５内の各部位の温度を調整しあるいは冷却し、露光装置本体１５の温度を安定させる。これによって、精度のよい露光を行うことが可能になる。

このように本実施例の冷媒温度調整装置７と、気体温度調整装置２１を備える露光装置２２においては、露光装置本体１５の冷却は工場設備から供給される水８により行い、さらに工場設備から供給される水の温調に工場設備から供給される冷却水９とチャンバ２０から配管経路１７に排出された気体の廃熱を用いることにより露光装置本体１５の雰囲気を精度良く温度調整することができるとともに、温度調整装置の冷却器やヒータを小型化することができ、省エネルギ化と省コスト化を図ることができる。

次に、本発明の実施例２として、前述の実施例１に係る露光装置を用いてデバイスを製造する方法につき説明する。図３は、微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド等）の製造工程のフローを示す。ステップ１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組立）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体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。こうした工程を経て微小デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図４は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハにレジストを塗布する。ステップ１６（露光）では前述した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハの複数のショット領域に並べて焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

このようなデバイスの製造方法を用いれば、従来は製造が困難であった高集積度のデバイスを安定的に低コストで製造することができる。

本発明の実施例１に係る温度調整装置を備えた露光装置の概略構成図である。 従来の温度調整装置を備えた露光装置の概略構成図である。 半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。 ウエハプロセスを示すフローチャートである。

符号の説明

１：バタフライ弁（バイパス弁）、１’：バタフライ弁、２：加温器、３：冷却器、４：加温器、５：ファン、６：温度センサ、７：冷媒温度調整装置、８：工場設備から供給される水（冷媒）、９：工場設備から供給される冷却水、１０：冷却器、１１：温度センサ、１２：温度センサ、１３a：制御部、１３b：制御部、１３c：制御部、１４：気体流出口、１５：露光装置本体、１６：配管経路、１７：配管経路、１８：バイパス経路、１９：気体流入口、２０：チャンバ、２１：気体温度調整装置、２２：露光装置、２３：流量調整弁、２４：温度センサ、２５：フィルタ、２６：レチクルステージ、２７：ウエハステージ、２８：ベースヒータ、２９：高感度ベースヒータ、３０：配管経路、３１：冷却水（冷媒）。

Claims (6)

1. 基板を露光する露光装置であって、
   前記基板の露光が行われるチャンバと、
   前記チャンバを通して気体を循環させ且つ該気体の温度を調整する気体温度調整系統と、
   工場から供給された第１の水の温度を調整する水温度調整系統と、
   を有し、
   前記水温度調整系統は、前記第１の水より低温な第２の水を前記工場から供給されて前記第２の水との熱交換により前記第１の水を冷却し、その冷却された前記第１の水を、前記気体温度調整系統により前記チャンバから排出された前記気体との熱交換により加熱し、その加熱された前記第１の水を前記チャンバ内の熱源に供給して該熱源を冷却する、
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記気体温度調整系統は、前記熱交換を行う熱交換経路と、前記経路をバイパスするバイパス経路と、前記熱交換経路に設けられた第１の弁と、前記バイパス経路に設けられた第２の弁とを有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記水温度調整系統は、前記第１の水の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部によって検出された温度に基づいて前記第１の弁および前記第２の弁を制御する制御部とを有することを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記気体温度調整系統は、前記気体の温度を検出する気体温度検出部と、前記気体の温度を調整するための加温器と、前記気体温度検出部によって検出された温度に基づいて前記加温器を制御する気体温度制御部とをさらに有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 位置決めステージ駆動手段を前記熱源として有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で露光された基板を現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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