JP2004111684A

JP2004111684A - ステージ装置及び露光装置

Info

Publication number: JP2004111684A
Application number: JP2002272841A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Shiraishi; 白石　雅之
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】モータの駆動及び停止にともなう位置変化を抑えたステージ装置及びこのステージ装置を備えた露光装置を提供する。
【解決手段】ステージ装置１０のステージ１１は、ステッピングモータ１７を備え、モータ１７によって案内部１３に沿って駆動される。ステージが停止した後、モータ１７に、モータ駆動に必要な励磁電流よりも少ない電流を通電してモータ１７を発熱させて、ステージ１１が加熱も冷却もされない状態に温度制御する。これにより、モータ停止後のステージ１１の温度下降を防いで温度を一定に保ち、ステージ１１の位置変動を抑える。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置等に用いられる精密移動・位置決め用のステージ装置に関する。特には、ステージの駆動停止後の温度変化による位置変動を抑制できるステージ装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の微細化の進展に伴い、光の回折限界によって制限される光学系の解像力をさらに向上させることが求められている。このため、従来の紫外線の波長より短い１１〜１４ｎｍ程度の波長の軟Ｘ線を使用した投影リソグラフィ（ＥＵＶリソグラフィ）が開発されている。このＥＵＶリソグラフィは、３０〜５０ｎｍのパターンを転写できる技術として有望である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
さらに、転写されるパターンのサイズのさらなる微細化にともない、露光中のウェハやレチクルなどの基板やその他の可動素子の位置変動の影響が無視できなくなっている。特に、真空中で露光を行うＥＵＶ露光装置においては、真空雰囲気内の機構部（ステージ装置）で発生した熱は、大気中の場合のように、気体へ伝達されて対流によって熱が運ばれることはなく、機構部から露光チャンバへ通じる熱コンダクタンスのみによって排熱されることになる。このため、発生した熱によるステージ装置の温度上昇が大気中の場合よりも大きく、ステージ装置の熱膨張による基板の位置変動が生じやすいという問題点がある。
【０００４】
ところで、露光装置の可動部であるステージ装置には、駆動アクチュエータとして、ステッピングモータが多用されている。このようなモータは通電されて駆動するときに大きな熱量を発生させる。熱量の発生を抑えるため、従来では、ステッピングモータの駆動に要する励磁電流量を最小限に抑えて、熱の発生とステージ内での温度勾配とを最小限にし、駆動終了時には、励磁電流を切っていた。一般に、ステッピングモータは、相回転によって駆動している場合も、停止している場合も、常に内部磁界を発生させるために通電されている。つまり、停止時にも通電されて発熱していることになる。したがって、従来では、ステッピングモータ駆動の際には、所定の励磁電流量を通電してモータを駆動し、停止後には、励磁電流を切り、ステージをクランプ等で機械的に固定している。これは、励磁電流を切ると内部磁界が消滅し、モータの固定ができなくなって、ステージが動いてしまうためである。
【０００５】
このように、モータへ通電する電流量や通電時間を最小限とすることで、モータ自体及びステージ装置の温度上昇を小さくしている。しかし、このような制御を行っても、温度上昇はゼロではなく、通電される最小限の電流量に応じた温度上昇が発生する。そして、励磁電流を切った後は、温度が下降する。この温度下降は、モータ駆動時に発生した熱がステージ装置を伝わってチャンバへ達し、チャンバから大気へ逃げることにより生じる。温度下降の時定数は、ステージ装置の熱容量及び機構部の熱伝達率で決まる。
【０００６】
ステージ装置の温度が下降すると、ステージ内の温度勾配と熱収縮が発生し、ステージの位置変動が起こる。また、ステージ装置は真空中に置かれているため、大気中の場合よりも時定数が長くなる。したがって、温度変動が収まって位置変化が安定するまでの時間が大気中の場合よりも長くなり、その間露光開始を待たねばならない。また、位置変化が安定しても、その位置はステージ停止時から変化しているため、所望の位置からずれた位置で露光が開始されてしまうことになる。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、モータの駆動及び停止にともなう位置変化を抑えたステージ装置及びこのステージ装置を備えた露光装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、本発明の第１のステージ装置は、　駆動・位置決めされるステージと、　該ステージの案内部と、　前記ステージに搭載された該ステージ駆動用のモータと、を具備するステージ装置であって、　前記ステージの停止時における前記モータの温度低下に伴う前記ステージの位置変動を補償する熱補償手段をさらに具備することを特徴とする。
熱補償手段によって、ステージ装置の停止後のステージ装置の温度下降を防いで温度を一定に保ち、ステージ装置の位置変動を抑える。これにより、ステージ停止時の位置を保つことができる。
【０００９】
本発明においては、　前記熱補償手段が、前記モータであって、　前記ステージの停止後に、該モータへ、駆動に要する励磁電流以下の励磁電流を通電することとできる。
モータは通電されている間は発熱するため、モータ自体を熱補償手段として使用できる。そして、ステージの停止中には、モータ駆動に必要な励磁電流よりも少ない電流を通電してモータを発熱させて、ステージが加熱も冷却もされない状態に温度制御し、ステージの温度の下降を防ぐ。通電される電流量は、モータ駆動のための励磁電流量以下の所定量の電流量でもよく、ステージ装置の各部の温度や、各部の位置をモニタすることによってフィードバック制御して、リアルタイムに電流量を調整してもよい。そして、ステージ位置変化の抑制が必要なくなった時点で、励磁電流を切ってもよい。
【００１０】
本発明においては、　前記熱補償手段が、少なくとも一つのヒータとすることができる。
モータ停止後に、ヒータでステージ装置を加熱し、ステージ装置の温度下降を補う。この場合、モータの位置に制約があって、適宜な位置にモータを設置できず、ステージ装置に与える熱勾配が大きくなる場合に、それを解消するような位置にヒータを設けることが好ましい。
【００１１】
本発明においては、　前記熱補償手段が、前記モータ及び少なくとも一つのヒータであって、　前記モータにおいては、前記ステージの停止後に、該モータへ駆動に要する励磁電流以下の励磁電流を通電することとしてよい。
熱補償手段をモータとした場合は、別の部品を設けずにステージ位置変動を抑えることができる。モータの位置や取り付け空間に制約がある場合は、小型のヒータを取り付ければよい。また、両方の手段を講じてもよい。
【００１２】
本発明においては、　前記熱補償手段が、前記ステージ内の温度勾配が最小となる位置に取り付けられていることが好ましい。
ステージの形状や構造、モータの位置によって、ステージ内には温度勾配がある。そこで、実際のステージの位置変化をモニタして、温度勾配が最小となる位置に熱補償手段を設ける。位置変化のモニタには、ｎｍ〜Åオーダーで計測可能な静電容量センサーや干渉計等を使用できる。また、装置内のスペースの制約から、モータの位置が決まっている場合は、モータが取り付けられた状態でのステージの温度勾配をモニタして、温度勾配が最小となる位置にヒータを取り付けることができる。
【００１３】
本発明の露光装置は、　感応基板上にパターンを転写する露光装置であって、上記いずれかに記載のステージ装置を備えることを特徴とする。
レチクルステージ及びウェハステージ、または、モータを用いる可動素子駆動用のステージに上記のステージ装置を使用することができる。また、これらのステージがＸステージ、Ｙステージ、Ｚステージから構成されているような場合でも、各ステージに適用できる。これにより、ステージ装置の位置決め後の比較的短い時間内に、露光動作（ステップ露光）を行うことができ、かつ、露光動作中にステージ位置の変動がない。したがって、作業時間を短縮できるとともに、露光精度を向上させることができる。
【００１４】
本発明においては、　前記ステージ装置の位置決め後露光開始までの間の該ステージ装置の位置変動を、パターンの最小線幅の１／２以下とすることが好ましい。ステージの停止後（位置決め終了後）から露光開始までの間の位置ズレ量をパターンの最小線幅の１／２以下程度とすることにより、厳密な温度制御を行う必要がなく、ステージ停止から露光開始までの時間を短くできる。
また、　露光開始から露光終了までの間の該ステージ装置の位置変動を、最小線幅の１／２以下とすることが好ましい。
露光中の位置変動を、パターンの最小線幅の１／２以下とすれば、十分なパターン精度を確保できる。
【００１５】
また、　露光開始から露光終了までの時間を、前記熱補償手段を具備しない場合の前記ステージ装置の位置変動が安定するまでの時間の１／２以下とすることとすれば、ステージの位置変動を低減できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
まず、露光装置について説明する。
図５は、本発明の実施の形態に係るＸ線ＥＵＶ光露光装置の一例の構成を示す図である。このＸ線露光装置は、露光用の照明光として、波長１３ｎｍ近傍の軟Ｘ線領域の光を用いている。
図５に示すように、Ｘ線露光装置１００は、Ｘ線発生装置１０１と露光チャンバ１２０を備える。Ｘ線発生装置１０１の真空容器１０２は、露光チャンバ１２０の上部に設置されている。同容器内には、標的材料１０３と多層膜楕円ミラー１０４が配置されている。標的材料１０３には、真空容器外（図の右方）から励起用のパルスレーザ光１０５が照射される。同レーザ光１０５がレンズ１０６で集光されて、真空容器１０２に開けられた窓１０８を介して標的材料１０３に照射されると、標的材料１０３はプラズマ１０７を生成する。このプラズマ１０７から、波長が１３ｎｍの軟Ｘ線のＥＵＶ光１０９が輻射される。ＥＵＶ光１０９は、多層膜楕円ミラー１０４で反射して、可視光カットＸ線フィルター１１０を介して露光チャンバ１２０内に照射される。
なお、Ｘ線発生装置として、レーザプラズマＸ線源ではなく放電プラズマＸ線源を使用してもよい。放電プラズマＸ線源は、電極にパルス高電圧を印加して放電を起こし、この放電で動作ガスをイオン化してプラズマを生成し、このプラズマから軟Ｘ線を輻射する。
【００１７】
露光チャンバ１２０内には、Ｘ線発生装置１０１からのＥＵＶ光１０９の照射を受ける照明光学系１２１が配置されている。照明光学系１２１は、コンデンサー系の反射鏡、フライアイ光学系の反射鏡等で構成されており、ミラー１０４で反射したＸ線を円弧状に整形し、図５の左方に向かって照射する。
【００１８】
照明光学系１２１の側方（図５の左方）には、Ｘ線反射鏡１２２が配置されている。Ｘ線反射鏡１２２は、反射面１２２ａ（図５の右側の面）が凹型をした円形をしており、垂直に保持されている。Ｘ線反射鏡１２２の側方（図５の右方）には、光路折り曲げ反射鏡１２３が斜めに配置されている。光路折り曲げ反射鏡１２３の上方には、反射型マスク１２４がステージ装置１２５上に載置されて、反射面が下になるように水平に配置されている。照明光学系１２１から放出されたＸ線は、Ｘ線反射鏡１２２により反射集光された後に、光路折り曲げ反射鏡１２３を介して、反射型マスク１２４の反射面に達する。
【００１９】
反射鏡１２２、１２３の基体は、反射面が高精度に加工された石英の基板からなる。この反射面には、Ｘ線発生装置１０１のミラー１０４の反射面と同様に、Ｍｏ／Ｓｉの多層膜が形成されている。なお、波長が１０〜１５ｎｍのＸ線を用いる場合には、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）等の物質と、Ｓｉ、Ｂｅ（ベリリウム）、Ｂ_４Ｃ（４ホウ化炭素）等の物質とを組み合わせた多層膜でもよい。
【００２０】
反射型マスク１２４の反射面にも多層膜からなる反射膜が形成されている。この反射膜には、ウェハ１２７に転写するパターンに応じたマスクパターンが形成されている。マスク１２４は少なくともＸＹ方向に移動可能なマスクステージ装置１２５上に吸着等により固定されている。光路折り曲げ反射鏡１２３で反射されたＸ線は順次マスク１２４上に照射される。
【００２１】
反射型マスク１２４の下方には、順に投影光学系１２６、ウェハ１２７が配置されている。投影光学系１２６は、複数の反射鏡等からなり、反射型マスク１２４で反射されたＸ線を所定の縮小倍率（例えば１／４）に縮小し、ウェハ１２７上に結像する。ウェハ１２７は、ＸＹＺ方向に移動可能なウェハステージ装置１２８に吸着等により固定されている。
【００２２】
露光動作を行う際には、照明光学系１２１により反射型マスク１２４の反射面にＸ線を照射する。その際、投影光学系１２６に対して反射型マスク１２４及びウェハ１２７を投影光学系の縮小場率により定まる所定の速度比で相対的に同期走査する。これにより、反射型マスク１２４の回路パターンの全体をウェハ１２７上の複数のショット領域の各々にステップアンドスキャン方式で転写する。なお、ウェハ１２７のチップは例えば２５×２５ｍｍ角であり、レジスト上で０．０７μｍＬ／ＳのＩＣパターンが露光できる。
【００２３】
次に、本発明のステージ装置について説明する。
マスクステージ装置１２５及びウェハステージ装置１２８は、各々、Ｘステージ装置、Ｙステージ装置、Ｚステージ装置から構成される。各ステージ装置は、ステージと、各ステージが案内される案内部とを備える。各ステージには、ステッピングモータが備えられており、同モータによって案内部に沿って駆動される。
【００２４】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るステージ装置の構成を模式的に示す図である。この例では、ウェハステージ装置のＺステージ装置について説明する。
Ｚステージ装置１０は、ステージ１１と、同ステージ１１が案内される案内部１３とを備える。ステージ１１上には、ウェハが搭載される搭載部１５が設けられている。ステージ１３には、ステッピングモータ１７が備えられている。ステッピングモータ１７の回転によって、ステージ１１が案内部１３に沿って駆動される。図中の符号１９はステッピングモータ１７用の配線である。
【００２５】
ステッピングモータ１７を回転させて、ステージ１１を所定の位置へ移動させたとき、同ステージの温度は１Ｋ上昇した。ステージ移動後、モータ１７への励磁電流を、所定の電流量（一例で、モータ駆動のための電流量の２０％程度）に下げて通電を続けた。ステージ停止後から露光開始までの同ステージの位置ズレ量は、励磁電流を切る従来の場合の位置ズレ量の１／５であり、最小描画線幅（例えば５０ｎｍ）の１／２以下（２５ｎｍ以下）であった。また、露光開始から露光終了までの間のステージ１１の位置ズレ量は、最小描画線幅の１／２以下であった。
【００２６】
このように、ステージ停止後もモータへ励磁電流を通電することにより、ステージ停止後から露光開始時まで、及び、露光開始時から露光終了時までのステージの位置ズレ量を小さくすることができる。
【００２７】
（実施例２）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るステージ装置（ウェハステージ装置のＺステージ装置）の構成を模式的に示す図である。図１のステージ装置と同じ構成・作用を有する部材は同一の符号を付し、説明を省略する。
この例のＺステージ装置１０´のステージ１１には、ステッピングモータ１７が備えられており、同ステージの側面にはヒータ２１が備えられている。この例では、モータ１７が、ステージ装置内のスペースの制約によって、ステージの熱変化を十分に解消できる位置に設置できない。このため、モータが取り付けられた状態で、モータ駆動及び停止による温度変化に伴う実際のステージの位置変化をモニタして、温度勾配が最小となる位置にヒータ２１を取り付ける。ステージ位置変化のモニタには、ｎｍ〜Åオーダーで計測可能な静電容量センサーや干渉計等を使用できる。図中の符号２３はヒータ２１用の配線である。
【００２８】
ステッピングモータ１７を回転させて、ステージ１１を所定の位置へ移動させたとき、同ステージの温度は１Ｋ上昇した。ステージ移動後、モータへの励磁電流を、所定の電流量（一例で、モータ駆動のための電流量の１０％程度）に下げて通電を続けるとともに、ヒータ２１にも通電し、ステージ１１を加熱した。ステージ停止後から露光開始までに同ステージの位置ズレ量は、励磁電流を切る従来の場合の位置ズレ量の１／５であり、最小描画線幅（例えば５０ｎｍ）の１／２以下（２５ｎｍ以下）であった。また、露光開始から露光終了までの間のステージの位置変化は、最小描画線幅の１／２以下であった。
【００２９】
このように、ステージ装置内のスペースの制約によって、モータへ通電してステージの熱変化を解消できない場合は、ヒータを適宜な位置に設けることにより、ステージの位置変動を抑えることができる。
【００３０】
（実施例３）
図３は、本発明の第３の実施の形態に係るステージ装置（ウェハステージ装置のＺステージ装置）の構成を模式的に示す図である。
この例のＺステージ装置１０’’のステージ１１には、ステッピングモータ１７が備えられており、同ステージの側面には２つのヒータ２１、２３が備えられている。各ヒータの位置は、このステージ装置の熱変形の計算によるシミュレーションを実施し、その結果に応じて、ステージ１１の熱勾配が大きい箇所に取り付けられている。
【００３１】
ステッピングモータを回転させて、ステージを所定の位置へ移動させたとき、同ステージの温度は１Ｋ上昇した。ステージ移動後、モータへの励磁電流を切り、各ヒータ２１、２５に通電してステージを加熱した。ステージ停止後から露光開始までの同ステージの位置ズレ量は、ヒータを設けない従来の場合の位置ズレ量の１／５であり、最小描画線幅（例えば５０ｎｍ）の１／２以下（２５ｎｍ以下）であった。また、露光開始から露光終了までの間のステージの位置変化は、最小描画線幅の１／２以下であった。
【００３２】
このように、モータへの励磁電流を切ってヒータのみでステージを加熱しても、ステージの温度変動を抑え、位置変化を小さくできる。
【００３３】
図４は、本発明の第４の実施の形態に係るステージ装置（レチクルステージ装置のＹステージ装置及びウェハステージ装置のＺステージ装置）の構成を模式的に示す図である。
レチクルステージ装置１２５のＹステージ装置１０、及び、ウェハステージ装置１２８のＺステージ装置１０の各ステージ１１には、ステッピングモータ１７が備えられている。
【００３４】
レチクルステージ装置１２５のＹステージ装置において、ステッピングモータを回転させて、ステージを所定の位置へ移動させたとき、同ステージの温度は０．８Ｋ上昇した。また、ウェハステージ装置１２８のＺステージ装置において、ステッピングモータを回転させて、ステージを所定の位置へ移動させたとき、同ステージの温度は１Ｋ上昇した。各ステージの移動後、各モータへの励磁電流を、所定の電流量（一例で、モータ駆動のための電流量の２５％程度）に下げて通電を続けた。ステージ停止後から露光開始までの同ステージの位置ズレ量は、励磁電流を切る従来の場合の位置ズレ量の１／５であり、レチクルステージにおいては最小線幅であり、ウェハステージにおいては最小描画線幅（例えば５０ｎｍ）の１／２以下であった。また、露光開始から露光終了までの間の各ステージの位置変化は、最小描画線幅の１／２以下であった。
【００３５】
また、上記の例のステージ装置を使用した露光装置において、露光開始から露光終了までの時間は、ステージ停止後の温度調整を行わない場合のステージ装置の位置変動が安定するまでの時間の１／２以下としている。これにより、ステージの位置変動を低減できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ステージの停止後、熱補償手段によってステージの温度下降を抑えることにより、ステージの温度をほぼ一定に保ち、ステージの温度変化に伴う位置変動を防ぐことができる。熱補償手段は、モータ自体やヒータを用いることができる。これにより、ステージ停止後から露光開始時まで、及び、露光開始時から露光終了時までの間のステージの位置変動を低減させ、作業時間を短縮できるとともに、露光精度を向上できる露光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るステージ装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るステージ装置（ウェハステージ装置のＺステージ装置）の構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係るステージ装置（ウェハステージ装置のＺステージ装置）の構成を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係るステージ装置（レチクルステージ装置のＹステージ装置及びウェハステージ装置のＺステージ装置）の構成を模式的に示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るＸ線ＥＵＶ光露光装置の一例の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０　ステージ装置　　　　　　　　　１１　ステージ
１３　案内部　　　　　　　　　　　　１５　ウェハ搭載部
１７　ステッピングモータ　　　　　　１９　配線
２１、２５　ヒータ　　　　　　　　　２３、２７　配線
１００　Ｘ線露光装置　　　　　　　　１０１　Ｘ線発生装置
１０２　真空容器　　　　　　　　　　１０３　標的材料
１０４　多層膜楕円ミラー　　　　　　１０５　パルスレーザ光
１０６　レンズ　　　　　　　　　　　１０７　プラズマ
１０８　窓　　　　　　　　　　　　　１０９　ＥＵＶ光
１１０　可視光カットＸ線フィルター　１２０　露光チャンバ
１２１　照明光学系　　　　　　　　　１２２　Ｘ線反射鏡
１２３　光路折り曲げ反射鏡　　　　　１２４　反射型マスク
１２５　レチクルステージ装置　　　　１２６　投影光学系
１２７　ウェハ　　　　　　　　　　　１２８　ウェハステージ装置

Claims

駆動・位置決めされるステージと、
該ステージの案内部と、
前記ステージに搭載された該ステージ駆動用のモータと、
を具備するステージ装置であって、
前記ステージの停止時における前記モータの温度低下に伴う前記ステージの位置変動を補償する熱補償手段をさらに具備することを特徴とするステージ装置。
前記熱補償手段が、前記モータであって、
前記ステージの停止後に、該モータへ、駆動に要する励磁電流以下の励磁電流を通電することを特徴とする請求項１記載のステージ装置。
前記熱補償手段が、少なくとも一つのヒータであることを特徴とする請求項１記載のステージ装置。
前記熱補償手段が、前記モータ及び少なくとも一つのヒータであって、
前記モータにおいては、前記ステージの停止後に、該モータへ、駆動に要する励磁電流以下の励磁電流を通電することを特徴とする請求項１記載のステージ装置。
前記熱補償手段が、前記ステージ内の温度勾配が最小となる位置に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載のステージ装置。
感応基板上にパターンを転写する露光装置であって、請求項１〜５いずれか１項に記載のステージ装置を備えることを特徴とする露光装置。
前記ステージ装置の位置決め後露光開始までの間の該ステージ装置の位置変動を、パターンの最小線幅の１／２以下とすることを特徴とする請求項６記載の露光装置。
露光開始から露光終了までの間の該ステージ装置の位置変動を、パターンの最小線幅の１／２以下とすることを特徴とする請求項６記載の露光装置。
露光開始から露光終了までの時間を、前記熱補償手段を具備しない場合の前記ステージ装置の位置変動が安定するまでの時間の１／２以下とすることを特徴とする請求項６記載の露光装置。