JP2004119426A

JP2004119426A - 特殊雰囲気用エアガイド、ステージ装置及び露光装置

Info

Publication number: JP2004119426A
Application number: JP2002276966A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Yoda; 依田　安史
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】ステージが高速で移動する場合にも真空チャンバ内に気体が漏れないエアガイドを提供する。
【解決手段】スライダ１３の内孔に設けられたエアパッド２９は、高圧気体源５１から気体供給を受け、エアパッド２９の内面とガイド軸１１外表面との間に空気膜を形成し、Ｙスライダ１３をガイド軸１１に沿って非接触案内する。供給される気体の露点は−３０℃以下の窒素、ヘリウム又はアルゴンが使用される。ノズル５３を介してエアパッド２９から噴出された気体はスキマＳ内を外方向に進み、排気用ガードリング３１からＹスライダ１３内を通る通路３２を通って気体溜め５５に送られる。そして、気体溜め５５、ポンプ５７を介して高圧気体源５１に接続する循環経路（排気手段）５０内を循環する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空や非空気雰囲気等の特殊雰囲気下で使用されるエアガイドに関する。さらに、このようなエアガイドを備えたステージ装置及び露光装置に関する。特には、気体ベアリングの作動気体による特殊雰囲気悪化を抑制できるよう改良を加えたエアガイド等に関する。なお、上記気体ベアリングの作動気体は空気に限定されるわけではない。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスのリソグラフィー等に使用される露光装置内には、ウェハやレチクル等の試料を載置するためのステージ装置が備えられている。ステージ装置は、電子線やＸ線を使用した露光装置の場合には真空チャンバ内に、Ｆ２レーザを使用した露光装置の場合にはＨｅ等の特殊ガス環境のチャンバ内に設置される。このような特殊雰囲気下で使用されるステージ装置においては、ガイド部（固定部）と可動部との間に摺動式軸受や転がり軸受等を使用すると、潤滑油や磨耗物が特殊雰囲気内に飛散し、問題を生じる恐れがある。このため、ガイド部と可動部との間に、０．４ＭＰａ程度の高圧の気体を導入し、この高圧気体によって両部を非接触でガイドするエアガイドが使用されることが想定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなエアガイドを、電子線露光装置の真空チャンバのような高い真空度下で使用し、かつ、ステージ駆動速度が速い場合には、ステージが静止している間は真空チャンバ内へ気体が漏れる量が少ないが、ステージが移動している間に、特定の気体がチャンバ内で増えることが分かってきた。具体的には、ステージ静止時とステージ移動時において、真空チャンバ内の気体成分を質量分析計で測定した結果、供給した気体が空気の場合であっても、ステージ移動時には、不純物として主にＨ_２Ｏ（水分）の分圧が増加していることがわかった。この理由を考慮した結果、水分はガイド軸に吸着しやすく、ステージの高速移動によって水分が吸着したガイド軸の広い表面が真空環境下にさらされると、水分の分圧が大きく上昇することがわかった。
【０００４】
真空チャンバ内にガスが漏れると、真空度が下がり、露光装置のエネルギ線の強度を減衰させる等の問題が生じる。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、ステージが高速で移動する場合にも真空チャンバ内に気体が漏れないエアガイドを提供することを目的とする。また、そのようなエアガイドを備えたステージ装置や露光装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の特殊雰囲気用エアガイドは、　ガイド軸と、　該軸に案内されてスライドするスライダと、　該スライダと前記ガイド軸との間に気体膜を形成する気体ベアリングと、　該気体ベアリングで用いる気体の排気手段と、を具備し、　真空又は非空気雰囲気下で用いられるエアガイドであって、　前記気体の露点が−３０℃以下であることを特徴とする。
気体ベアリングで用いる気体の露点が−３０℃以下であるため気体中の水分が少なく、気体ベアリング部においてガイド軸の摺動面に付着する水分が少なくなる。そのため、スライダが動いたときに特殊雰囲気に新たにさらされるガイド軸の表面から真空又は非空気雰囲気内へ発散する水分量が十分に少なくなり、露光装置のチャンバなどの汚染を防止できる。特に、電子線露光装置に比べて比較的真空度の低い５．０×１０^−４Ｐａ以下の真空度を必要とする装置にとっては、露点を−３０℃以下とする必要がある。
【０００７】
本発明においては、　前記気体の露点が−４５℃以下であることが好ましい。特に、電子線露光装置等の高真空を必要とする装置は、チャンバ内圧力変化を３．０×１０^−４Ｐａ以下に保つ必要がある。そのために、他のアウトガスを考慮してステージ移動時のチャンバ内圧力変化は２．５×１０^−４Ｐａ以下であることが好ましい。したがって、気体の露点は−４５℃以下であることが好ましい。
また、　前記気体が窒素、ヘリウム又はアルゴンであることが好ましい。
【０００８】
また、　前記気体中のＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_３、ＣＨ_４、ＮＯ_Ｘ及びＨ_ＸＣ_Ｙの含有率がいずれも０．０１体積％以下であることとすれば、カーボンを主成分としたコンタミを防止できる。
【０００９】
また、　前記ガイド軸の摺動面がＴｉＣ、ＴｉＮ、ＮｉＰ、Ｎｉ、Ａｕ等のセラミック又は金属でコートされていることとすれば、ガイド軸の摺動面への水分吸着量をさらに低減できる。
【００１０】
また、　前記排気手段から排気される気体を再度前記気体ベアリングに循環供給することとすれば、気体の消費量を減らすとともに、循環中に次第に気体中の水分量が減少することが期待できる。
【００１１】
本発明のステージ装置は、　対象物を載置して移動・位置決めするステージ及びその駆動機構を備えるステージ装置であって、　該ステージの非接触案内機構として上記のいずれかに記載のエアガイドを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の露光装置は、　真空又は非空気雰囲気下で感応基板にエネルギ線を選択的に照射してパターン形成する露光装置であって、　前記感応基板及び／又はパターン原版（マスク、レチクル）の移動・位置決め用の請求項７記載のステージ装置を備えることを特徴とする。
なお、エネルギ線が電子線やイオンビーム等の荷電粒子線、あるいはＥＵＶの場合は、真空雰囲気下での露光が想定されており、Ｆ２レーザの場合は窒素やヘリウム雰囲気下での露光が想定されている。また、露光の方式は限定されず、縮小投影露光及び等倍近接転写、描画式などに適用できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
まず、電子線露光装置の概要を説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係る電子線露光装置の全体構成例を模式的に示す図である。
図２に示す電子線露光装置１００の上部には、光学鏡筒（真空チャンバ）１０１が配置されている。光学鏡筒１０１には真空ポンプ１０２が接続されており、同鏡筒内を真空排気している。
【００１４】
光学鏡筒１０１の上部には、電子銃１０３が配置されており、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１０３の下方には、コンデンサレンズ１０４ａや電子線偏向器１０４ｂ等を含む照明光学系１０４、レチクルＭが配置されている。
電子銃１０３から放射された電子線は、コンデンサレンズ１０４ａによって収束されるとともに偏向器１０４ｂにより図の横方向に順次走査（スキャン）され、光学系１０４の視野内にあるレチクルＭの各小領域（サブフィールド）の照明が行われる。なお、図ではコンデンサレンズ１０４ａは一段であるが、実際の照明光学系には、数段のレンズやビーム成形開口等が設けられている。
【００１５】
レチクルＭは、レチクルステージ１１１の上部に設けられたチャック１１０に静電吸着等により固定されている。レチクルステージ１１１は、定盤１１６に載置されている。
【００１６】
レチクルステージ１１１には、図の左方に示す駆動装置１１２が接続されている。なお、実際には、駆動装置１１２はステージ１１１に組み込まれている。駆動装置１１２及びステージ１１１の構造については後述する。駆動装置１１２は、ドライバ１１４を介して、制御装置１１５に接続されている。また、レチクルステージ１１１の側方（図の右方）にはレーザ干渉計１１３が設置されている。レーザ干渉計１１３は、制御装置１１５に接続されている。レーザ干渉計１１３で計測されたレチクルステージ１１１の正確な位置情報が制御装置１１５に入力される。レチクルステージ１１１の位置を目標位置とすべく、制御装置１１５からドライバ１１４に指令が送出され、駆動装置１１２が駆動される。
【００１７】
定盤１１６の下方には、ウェハチャンバ（真空チャンバ）１２１が示されている。ウェハチャンバ１２１の側方（図の右側）には、真空ポンプ１２２が接続されており、ウェハチャンバ１２１内を真空排気している。
ウェハチャンバ１２１内（又は別途の投影光学系鏡筒内）には、コンデンサレンズ（投影レンズ）１２４ａや偏向器１２４ｂ等を含む投影光学系１２４、及びウェハステージ１３１が配置されている。
【００１８】
レチクルＭを通過した電子線は、コンデンサレンズ１２４ａにより収束される。コンデンサレンズ１２４ａを通過した電子線は、偏向器１２４ｂにより偏向され、ウェハＷ上の所定の位置にレチクルＭの像が結像される。なお、図ではコンデンサレンズ１２４ａは一段であるが、実際には、投影光学系中には複数段のレンズや収差補正用のレンズやコイルが設けられている。
【００１９】
ウェハＷは、ウェハステージ１３１の上部に設けられたチャック１３０に静電吸着等により固定されている。ウェハステージ１３１は、定盤１３６に載置されている。
ウェハステージ１３１には、図の左方に示す駆動装置１３２が接続されている。なお、実際には、駆動装置１３２はステージ１３１に組み込まれている。駆動装置１３２は、ドライバ１３４を介して、制御装置１１５に接続されている。また、ウェハステージ１３１の側方（図の右方）にはレーザ干渉計１３３が設置されている。レーザ干渉計１３３は、制御装置１１５に接続されている。レーザ干渉計１３３で計測されたウェハステージ１３１の正確な位置情報が制御装置１１５に入力される。ウェハステージ１３１の位置を目標位置とすべく、制御装置１１５からドライバ１３４に指令が送出され、駆動装置１３２が駆動される。
【００２０】
図３は、図２の露光装置のレチクルステージを概略的に示す平面図である。
レチクルステージ１１１は、定盤１１６（図２参照）上に固定された、Ｘ方向に平行に延びる２本の固定ガイド１５１を有する。各固定ガイド１５１には、エアガイド（図示せず）を介して、中空のボックス状をしたＸスライダ１５３がＸ方向に駆動可能に嵌合されている。
【００２１】
両Ｘスライダ１５３上には、Ｙ方向に延びる移動ガイド（ガイド軸）１１が掛け渡されるように固定されている。ガイド軸１１には、気体ベアリングを介して、中空のボックス状をしたＹスライダ１３がＹ方向に駆動可能に嵌合されて、エアガイド１０を構成している（詳細後述）。
【００２２】
Ｙスライダ１３の側面（図の右側）には、Ｘ方向に延びる３本のピエゾアーム１５ａ、１５ｂ、１５ｃが図の上から下に並んで突設されている。中央のピエゾアーム１５ｂは上下の２本に比べて短くなっている。各ピエゾアーム１５ａ、１５ｂ、１５ｃの先端には、Ｚ方向に伸縮可能なピエゾ素子１７がＺ方向の下方に向けて固定されている。各Ｚ方向ピエゾ素子１７の下端には、ＸＹ平面に広がる四角いテーブル１９が固定されている。テーブル１９の側面の２箇所には、移動鏡２１ａ、２１ｂが固定されており、テーブル位置をレーザ干渉計１１３（図２参照）で測定することができる。テーブル１９の一面には、レチクルＭが静電吸着されるチャック１１０（図２参照）が配置されている。
【００２３】
このような構成により、テーブル１９は、ＸＹ方向へ移動するとともに、Ｚ方向、Ｘ軸回り（θｘ）及びＹ軸回り（θｙ）に移動・回転させることができ、チャック１１０に固定されたレチクルＭを位置決めできる。
【００２４】
次に、本発明の実施の形態に係るエアガイド１０について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るエアガイドの構造を示す図であり、図１（Ａ）は平面断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）を一部拡大して示す図である。
エアガイド１０は、上述のように、ブロック状のＹスライダ１３と、同スライダの貫通孔１３ａに嵌合された移動ガイド（ガイド軸）１１から構成される。ガイド軸１１とＹスライダ１３との間には気体ベアリング２３が介装されており、Ｙスライダ１３はガイド軸１１上を非接触で摺動する。ガイド軸１１の摺動面は、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＮｉＰ、Ｎｉ、Ａｕ等のセラミック又は金属でコートされている。
【００２５】
Ｙスライダ１３の内孔１３ａの中央付近の両内側壁には、Ｘ方向に掘り込まれた深い気体室２５、２７が形成されている。そして、同内孔の各気体室２５、２７の、ガイド軸１１の長手方向に沿った両外側には、多孔性の部材からなるエアパッド２９が設けられている。各エアパッド２９の外側には、排気用溝（ガードリング）３１、低真空（Ｌｏｗ　Ｖａｃｕｕｍ）溝（ガードリング）３３、高真空（Ｈｉｇｈ　Ｖａｃｕｕｍ）溝（ガードリング）３５が順に形成されている。
【００２６】
Ｙスライダ１３の内部には、各気体室２５、２７に気体を供給するための気体通路３７が形成されている。各気体通路３７は、Ｙスライダ１３の側面まで延びて、気体を供給する配管３９に繋がれている。
【００２７】
ガイド軸１１の図の左右の両側面には、ＸＺ平面に広がる平板状の仕切り板４１、４３が突設されている。両仕切り板は、気体室２５、２７内に突出して、各気体室２５、２７を２つずつの気体領域２５ａ、２５ｂ、２７ａ、２７ｂに分けている。ここで、各気体室の隣り合う気体領域の圧力に差をつけることにより、Ｙスライダ１３をＹ方向に駆動する。
【００２８】
例えば、気体を気体通路３７から図の下側の気体領域２５ａ、２７ａに供給して、同領域２５ａ、２７ａの圧力を図の上側の気体領域２５ｂ、２７ｂよりも高くすることにより、比較的高い圧力のかかった仕切り板４１、４３の図の下方（Ｙ軸の正方向）の壁面が押される。ここで、仕切り板４１、４３の設けられているガイド軸１１はＸスライダ１５３（図３参照）に固定されてＹ方向には移動不能であるため、Ｙスライダ１３がガイド軸１１の仕切り板４１、４３に対して相対的に下方向に押され、同ガイド上を図の下方向（Ｙ軸の正方向）に移動する。このように、圧力を高くする気体領域を選択して、Ｙスライダ１３をＹ方向の双方に駆動することができる。なお、スライダ駆動用のアクチュエータとしては、上述のエアシリンダ式の他に、リニアモータや静圧ネジ、静電アクチュエータも用いることも当然できる。
【００２９】
次に、図１（Ｂ）を参照して、エアパッド２９の構成を説明する。
エアパッド２９は、セラミックなどの多孔質の部材からなり、その内面とガイド軸１１外表面との間に空気膜を形成し、Ｙスライダ１３をガイド軸１１に沿って非接触案内する。このエアパッド２９は高圧気体源５１から気体供給を受ける。高圧気体は、高圧気体源５１から通路５２を通り、高圧ノズル５３を介してエアパッド２９に供給される。高圧気体の種類については後述する。供給された気体はエアパッド２９からガイド軸１１とＹスライダ１３との間のスキマＳに噴出する。スキマＳの幅は１〜１０μｍである。そしてこの高圧気体の圧力が、ガイド軸１１とＹスライダ１３との間の気体膜を形成して気体ベアリング２３を構成する。この気体ベアリング２３によって、Ｙスライダ１３はガイド軸１１上を非接触でガイドされる。なお、本実施例では多孔質のエアパッドを例にとり説明するが、オリフィスから気体を供給する等の他の形態によるエアベアリングを用いてもよい。
【００３０】
各エアパッド２９の外側には、排気用ガードリング３１が形成されている。排気用ガードリング３１は、Ｘ方向に切り込まれた浅い溝である。ノズル５３を介してエアパッド２９から噴出された気体はスキマＳ内を外方向に進み、排気用ガードリング３１に向かう。そして同ガードリング３１から、Ｙスライダ１３内を通る通路３２を通って気体溜め５５に送られて、同部で圧力が調整される。気体溜め５５の先にはポンプ５７が接続されている。ポンプ５７の先は高圧気体源５１に接続されている。このように、高圧気体源５１、エアパッド２９、ガードリング３１、気体溜め５５及びポンプ５７からなる循環経路（排気手段）５０が形成される。そして、ポンプ５７の運転によって高圧気体源５１の高圧気体が同経路内を循環する。
【００３１】
低真空ガードリング３３には低真空ポンプ５９が接続しており、同リング３３を低真空に排気している。高真空ガードリング３５には高真空ポンプ６１が接続しており、同リング３５を高真空に排気している。上述の高圧気体の循環経路５０は一部が開放されているため、気体の一部が同経路から洩れる。そこで、排気用ガードリング３１から外側に洩れた一部の気体は、低真空ガードリング３３により排気され、さらに高真空ガードリング３５から排気され、高真空に保たれているウェハチャンバ内に気体ができるだけ洩れ出さないようになっている。
【００３２】
次に、エアパッドに供給する気体の種類について説明する。
気体としては、露点が−３０℃以下、特には−４５℃以下の窒素、ヘリウム又はアルゴンを使用できる。このような気体は気体中の水分が少なく、ガイド軸１１の摺動面に付着する水分が少なくなるので、真空雰囲気内へ発散する水分量が少なくなる。また、気体中のＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_３、ＣＨ_４、ＮＯ_Ｘ及びＨ_ＸＣ_Ｙの含有率がいずれも０．０１体積％以下であることとすれば、カーボンを主成分としたコンタミを防止できる。
また、エアパッド２９に供給された高圧気体は、排気用ガードリング３１から循環経路５０内に回収されて再使用される。もし循環経路５０から洩れることがあっても、ガードリング３３、３５から排気される。このため、気体の消費量を減らして、循環中に次第に水分量が減少することが期待できる。
【００３３】
さらに、ガイド軸１１の摺動面がＴｉＣ、ＴｉＮ、ＮｉＰ、Ｎｉ、Ａｕ等のセラミック又は金属でコートされているため、同ガイドの摺動面への水分吸着量を低減できる。
【００３４】
本発明の実施例として気体に各種露点の窒素を使用した場合と、比較例として工場内ラインの圧空を使用した場合の、ステージ移動後のチャンバ内の圧力変化を表１に示す。
【表１】

表１からわかるように、エアパッドに供給する気体が露点が−３０℃以上の空気の場合に比べて、同気体の露点が−３０℃以下の窒素の場合の方が、チャンバ内圧力変化が小さい。そして、露点が−４５℃以下では、さらに圧力変化が小さくなっている。すなわち、気体の露点が低いほどチャンバ内に気体が洩れる量が少なくなっていることがわかる。なお、露点は低いほど好ましいが、−７０℃以下にしてもチャンバ内圧力はほとんど変化しないため、実用的には−４５〜−７０℃の露点にすればよい。
【００３５】
この例においては、ステージ装置１１１のガイド軸１１とＹスライダ１３との間のエアガイドについて説明したが、同装置のＸスライダ１５３と固定ガイド１５１との間のエアガイドも、本発明のエアガイド１０を使用できる。さらに、露光装置１００のウェハステージ１３１においても、本発明のエアガイドを使用したステージ装置を使用できる。
【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、エアパッドに供給する気体中の水分を少なくして、真空又は非空気雰囲気内へ発散する水分量を少なくすることにより、ステージが高速で移動する場合にも真空チャンバ内に水分が漏れないエアガイドを提供できる。また、そのようなエアガイドを備えたステージ装置を使用することにより、真空雰囲気内が汚染されない露光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るエアガイドの構造を示す図であり、図１（Ａ）は平面断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）を一部拡大して示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電子線露光装置の全体構成例を模式的に示す図である。
【図３】図２の露光装置のレチクルステージを概略的に示す平面図である。
【符号の説明】
１０　エアガイド　　　　　　　　　　１１　移動ガイド（ガイド軸）
１３　Ｙスライダ　　　　　　　　　　１５　ピエゾアーム
１７　ピエゾ素子　　　　　　　　　　１９　テーブル
２１　移動鏡　　　　　　　　　　　　２３　気体ベアリング
２５、２７　気体室　　　　　　　　　２９　エアパッド
３１　排気用溝（ガードリング）　　　３２　通路
３３　低真空（Ｌｏｗ　Ｖａｃｕｕｍ）溝（ガードリング）
３５　高真空（Ｈｉｇｈ　Ｖａｃｕｕｍ）溝（ガードリング）
３７　気体通路　　　　　　　　　　　３９　配管
４１、４３　仕切り板　　　　　　　　５０　循環経路（排気手段）
５１　高圧気体源　　　　　　　　　　５２　通路
５３　高圧ノズル　　　　　　　　　　５５　気体溜め
５７　ポンプ　　　　　　　　　　　　５９　低真空ポンプ
６１　高真空ポンプ
１００　電子線露光装置　　　　　　　１０１　光学鏡筒（真空チャンバ）
１０２　真空ポンプ　　　　　　　　　１０３　電子銃
１０４　照明光学系　　　　　　　　　１１０　チャック
１１１　レチクルステージ　　　　　　１１２　駆動装置
１１３　レーザ干渉計　　　　　　　　１１４　ドライバ
１１５　制御装置　　　　　　　　　　１１６　定盤
１２１　ウェハチャンバ　　　　　　　１２２　真空ポンプ
１２４　投影光学系　　　　　　　　　１３０　チャック
１３１　ウェハステージ　　　　　　　１３２　駆動装置
１３３　レーザ干渉計　　　　　　　　１３４　ドライバ
１３６　定盤　　　　　　　　　　　　１５１　固定ガイド
１５３　Ｘスライダ

Claims

ガイド軸と、
該軸に案内されてスライドするスライダと、
該スライダと前記ガイド軸との間に気体膜を形成する気体ベアリングと、
該気体ベアリングで用いる気体の排気手段と、
を具備し、
真空又は非空気雰囲気下で用いられるエアガイドであって、
前記気体の露点が−３０℃以下であることを特徴とする特殊雰囲気用エアガイド。
前記気体の露点が−４５℃以下であることを特徴とする請求項１記載の特殊雰囲気用エアガイド。
前記気体が窒素、ヘリウム又はアルゴンであることを特徴とする請求項１又は２記載の特殊雰囲気用エアガイド。
前記気体中のＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_３、ＣＨ_４、ＮＯ_Ｘ及びＨ_ＸＣ_Ｙの含有率がいずれも０．０１体積％以下であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の特殊雰囲気用エアガイド。
前記ガイド軸の摺動面がＴｉＣ、ＴｉＮ、ＮｉＰ、Ｎｉ、Ａｕ等のセラミック又は金属でコートされていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の特殊雰囲気用エアガイド。
前記排気手段から排気される気体を再度前記気体ベアリングに循環供給することを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の特殊雰囲気用エアガイド。
対象物を載置して移動・位置決めするステージ及びその駆動機構を備えるステージ装置であって、
該ステージの非接触案内機構として請求項１〜６いずれか１項に記載のエアガイドを備えることを特徴とするステージ装置。
真空又は非空気雰囲気下で感応基板にエネルギ線を選択的に照射してパターン形成する露光装置であって、
前記感応基板及び／又はパターン原版（マスク、レチクル）の移動・位置決め用の請求項７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。