JP2004311626A

JP2004311626A - 露光装置

Info

Publication number: JP2004311626A
Application number: JP2003101433A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Murakami; 勝彦村上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】鏡筒振動のシンプルな抑制手段を有する露光装置を提供する。
【解決手段】本発明の露光装置１では、投影光学系鏡筒２３が鏡筒フレーム７の梁部７ａから柔軟性のある３本のワイヤ（紐）２０で吊り下げられている。ワイヤ２０は、上端が鏡筒フレーム７の梁部７ａ下面に固定されており、下端が投影光学系鏡筒２３の下端寄りに形成されたフランジ部２３ａ上端面に固定されている。投影光学系鏡筒２３が柔軟性のあるワイヤ２０で吊り下げられているので、ワイヤ２０の支点が振動しても鏡筒２３までは振動が伝わりにくい。さらに、振り子の原理に基づき鏡筒２３が揺れる際にも、一定周期の極めてゆっくりとした振動しか起こらないので、この種の振動には容易に対処することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感応基板上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に関する。特には、鏡筒振動のシンプルな抑制手段を有する露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェハ上に半導体デバイスパターンを形成する光露光装置として、原版パターンが形成されたマスクと、原版パターンが転写されるウェハを同期走査しながら、原版パターンをウェハ上に投影転写（いわゆるスキャン露光）するものがある。この種の装置は、ウェハやマスクを高速で移動させて位置決めするステージ装置を備えている。スキャン露光を行う光露光装置は、ウェハステージを移動させて、転写すべき露光領域を投影光学系の光軸上に位置決めするステップ動作と、マスクステージとウェハステージを同期移動させながら走査露光するスキャン動作を繰り返す。
【０００３】
図４は、スキャン露光を行う光露光装置の全体構成の一例を示す図である。
図４に示す光露光装置２００は、ボディ２０３を備えている。このボディ２０３は、防振台（エアマウント等）２０１を介して、床面２０２上に固定されている。この例のボディ２０３は門型の構造体であって、両側に立ち上がった柱部２０３ｂと、これら柱部２０３ｂ上に架設された梁部２０３ａとからなる。梁部２０３ａの下面側には、ボックス状のウェハチャンバ２０５が接続されている。このウェハチャンバ２０５は、防振台（エアマウント等）２０９を介して、床面２０２上に固定されている。
【０００４】
ウェハチャンバ２０５の底面２０５ａ上には、ウェハステージ装置のガイド（固定子）２０６が、図示せぬ静圧平面軸受を介して浮上した状態で支持されている。このガイド２０６上には、ウェハの移動・位置決めを行うステージ（移動子）２０７が、図示せぬ静圧平面軸受を介して搭載されている。ステージ２０７は、ガイド２０６の軸方向にガイドされつつスライドする。
【０００５】
ボディ２０３の梁部２０３ａ上面には、大きなボックス状のマスクチャンバ２１３が固定されている。このマスクチャンバ２１３の上部中央には、照明光学系鏡筒２１４が固定されている。マスクチャンバ２１３内部において、ボディ２０３の梁部２０３ａ上面には、固定台２１０が設置されている。この固定台２１０上には、マスクステージ装置のガイド２１１が、図示せぬ静圧平面軸受を介して浮上した状態で支持されている。
【０００６】
ガイド２１１上には、マスクの移動・位置決めを行うステージ２１２が、図示せぬ静圧平面軸受を介して搭載されている。マスクステージ２１２は、ガイド２１１の軸方向にガイドされるるスライドする。固定台２１０の下方において、ボディ２０３の梁部２０３ａの上部中央には、投影光学系鏡筒２０８が設置されている。この投影光学系鏡筒２０８の下方には、前述のウェハステージ装置が配置されている。
【０００７】
ウェハステージ２０７及びマスクステージ２１２は、図示せぬリニアモータで駆動される。このリニアモータは、移動子と固定子で構成され、どちらか一方にコイル、他方に永久磁石が内蔵される。
【０００８】
各ステージ装置のガイド２０６、２１１の側方には、水平に延びる緩衝部材２２１、２２２が繋がっている。緩衝部材２２１、２２２は、ばねやダンパ、アクチュエータ等を備えている。緩衝部材２２１．２２２は、一端がガイド２０６、２１１に接続され、他端がＲＦＣ（ＲｅａｃｔｉｏｎＦｏｒｃｅＣａｎｃｅｌｌｅｒ）２２３に支持されている。ＲＦＣ２２３は、太い柱のような構造体で、基端は床面２２２上に固定されている。
【０００９】
ステージ２０７、２１２が高速移動すると、加減速に伴って駆動反力が発生する。駆動反力は、ガイド２０６、２１１から緩衝部材２２１、２２２を経てＲＦＣ２２３に伝わる。したがって、ステージ駆動反力は、チャンバ２０５、２１３やメインボディ２０３に殆ど伝わらないので、投影光学系鏡筒２０８やステージ２１２、２０７の振動を低減できる。これにより、投影光学系鏡筒２０８がステージ２０７、２１２に対して振動する場合に生じる、像のボケや位置ずれ等の問題を回避できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近、投影光学系の高ＮＡ化が進んでおり、それに伴って投影光学系を収容する鏡筒も大型化する傾向がある。あるいは、現在開発が進んでいるＥＵＶ光（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ光：極端紫外光）を用いる露光装置の投影光学系鏡筒は、現状の光露光装置の投影光学系鏡筒よりも大型であり、一例で直径６０ｃｍ、高さ１ｍ程度の大きさを有する。
【００１１】
鏡筒が大型になると、それに伴って除振機構（前述の緩衝部材２２１、２２２やＲＦＣ２２３等）も複雑化・大型化する。そのため、露光装置全体も複雑・大型にならざるを得ない。露光装置が大型化すると、大きなフットプリント（装置の設置面積）が必要になる、あるいは、装置の製造コストがアップする等の課題が引き起こされ、装置のＣｏＯ（ＣｏｓｔｏｆＯｗｎｅｒｓｈｉｐ：運転コストを含む設備費）の増加を招くこととなる。
【００１２】
本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであって、鏡筒振動のシンプルな抑制手段を有する露光装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の露光装置は、感応基板上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、前記エネルギ線の光学系を収容する鏡筒が、柔軟性のある紐で吊り下げられていることを特徴とする。
【００１４】
この露光装置では、光学系を収容する鏡筒が柔軟性のある紐で吊り下げられているので、紐の支点が振動しても鏡筒までは振動が伝わりにくい。さらに、振り子の原理に基づき鏡筒が揺れる際にも、一定周期の極めてゆっくりとした振動しか起こらないので、この種の振動には容易に対処することができる。そのため、像のボケや位置ずれ等の機械的振動に起因する結像性能の劣化を抑えられる有効な手段を提供することができる。
【００１５】
ここで、図３を参照して、本発明の原理について説明する。
図３は、本発明の原理を説明するための図であり、重量物２００が天井２０１から柔軟性のある紐２０２で吊り下げられた状態が示されている。この重量物２００が本発明の鏡筒に相当する。紐２０２の支点２０２ａから重量物２００の重心までの長さをＬとする。重量物２００は、外部から力が作用しない限り、慣性で動くことはない。紐２０２の支点２０２ａが振動したとしても、紐２００には柔軟性があるため、重量物２００までは振動が伝わりにくい。しかし、振り子の原理により、長さＬで決まる固有振動数ω＝（ｇ／Ｌ）^１／２（ここにｇは重力加速度）に基づき重量物２００は若干揺れる。なお、固有振動数ωや振動周期Ｔ＝２π／ωは、重量物２００の重さには依存しないことを注意しておく。
【００１６】
振動周期Ｔは一定であり、その値は固有振動数ωに基づき予め算出することができる。ここで、例えば長さＬ＝１ｍと仮定すると、その振動周期Ｔは、
Ｔ＝２π／ω＝２π（１／ｇ）^１／２＝２秒（すなわち０．５Ｈｚ）
であり、振動自体は極めてゆっくりとしていることがわかる。このようなゆっくりとした振動は、光学系の他の機器（ステージ装置等）に対する相対的な変動を検出し、それに合わせてステージ装置等を動かすことで、容易に対処することが可能である。
【００１７】
本発明の第１の露光装置においては、前記感応基板を載置して移動・位置決めする感応基板ステージを備え、前記鏡筒の揺れに合わせて前記ステージを追随させることができる。
この場合、感応基板ステージに対する鏡筒の相対的な変動を検出し、鏡筒の揺れに合わせてステージを追随させることで、前述した鏡筒のゆっくりとした振動に起因するパターン転写位置のずれ等を容易に除去することが可能となる。
【００１８】
本発明の第２の露光装置は、感応基板上に転写すべきデバイスパターンを有する原版にエネルギ線照明を当てる照明光学系と、前記原版を載置して移動・位置決めする原版ステージと、前記原版を通過又は反射したエネルギ線を前記感応基板上に投影結像させる投影光学系と、前記感応基板を載置して移動・位置決めする感応基板ステージと、を具備する露光装置であって、前記原版ステージ又は前記感応基板ステージを支持するステージフレームと、前記投影光学系を収納する投影光学系鏡筒と、該投影光学系鏡筒を支持する鏡筒フレームと、をさらに具備し、前記投影光学系鏡筒が前記鏡筒フレームから柔軟性のある紐で吊り下げられていることを特徴とする。
【００１９】
この露光装置によれば、鏡筒フレームを備えることで、鏡筒の除振機構が簡単で済む。そのため、露光装置全体がコンパクトになり、フットプリントの低減や製造コストの減少等を実現できる。これにより、露光装置のＣｏＯを向上することができる。
【００２０】
本発明の露光装置においては、前記鏡筒の落下受け機構を有することが好ましい。
この場合、万が一紐が切れて鏡筒が落下した場合にも、落下受け機構で鏡筒を受け止めることができる。そのため、鏡筒の甚大な破損等を未然に防ぐことが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る露光装置の全体構成図である。
図２は、同露光装置の鏡筒の落下受け機構の拡大図である。
図１に示す露光装置１は、マスクステージフレーム３を備えている。このマスクステージフレーム３は、エアマウント等の除振機構４を介して、ベース５上に設置されている。この例のマスクステージフレーム３は門型の構造体であって、両側に立ち上がった柱部３ｂと、これら柱部３ｂ上に架設された梁部３ａとなからなる。
【００２２】
マスクステージフレーム３の梁部３ａの上側には、照明光学系支持フレーム１１が固定されている。この支持フレーム１１の上部には、照明光学系鏡筒１３が取り付けられている。この照明光学系鏡筒１３内には、フライアイミラーを含む照明光学系、成形開口等（いずれも図示されず）が配置されている。照明光学系鏡筒１３の下方において、マスクステージフレーム３の梁部３ａには、マスクＭを載置して移動・位置決めするマスクステージ装置１５が取り付けられている。
これらマスクステージ装置１５とマスクステージフレーム３の梁部３ａ間には、除振機構１７が介在している。マスクステージ装置１５には、マスクＭを吸着保持するチャック（図示されず）等が設けられている。
【００２３】
マスクステージフレーム３の内側において、ベース５上には鏡筒フレーム７が設置されている。この鏡筒フレーム７は、マスクステージフレーム３と同様の門型をしており、梁部７ａと柱部７ｂとからなる。鏡筒フレーム７の内側には、投影光学系鏡筒２３が配置されている。この投影光学系鏡筒２３は、鏡筒フレーム７の梁部７ａから３本（図１では２本のみを示す）のワイヤ（紐）２０で吊り下げられている。投影光学系鏡筒２３内には、投影光学系を構成する複数の非球面ミラー等（いずれも図示されず）が配置されている。
【００２４】
投影光学系鏡筒２３を吊り下げる３本のワイヤ２０は、上端が鏡筒フレーム７の梁部７ａ下面に固定されており、下端が投影光学系鏡筒２３の下端寄りに形成されたフランジ部２３ａ上端面に固定されている。各ワイヤ２０は、フランジ部２３ａの周方向に等間隔おき（すなわち１２０°間隔）に設けられている。各ワイヤ２０は、柔軟性を有する素材からなる。３本のワイヤ２０は、投影光学系鏡筒２３の重量（一例で１００ｋｇ）を吊り下げるために必要なだけの引張強度を有するが、それ以上の剛性は有しない。
【００２５】
鏡筒フレーム７の柱部７ｂの高さ方向途中位置には、内側に張り出した保持板部８が一体に形成されている。この保持板部８の端部は、ワイヤ２０で吊り下げられた状態の投影光学系鏡筒２３の下端近傍まで延びており、フランジ部２３ａ下端面よりも下方に位置している。保持板部８の端部上側面には、図２にわかり易く示すように、座板２６が固定されている。この座板２６上には、バネ２７の下端が固定されている。このバネ２７の上端には、受け板２９が固定されている。受け板２９上面と投影光学系鏡筒２３のフランジ部２３ａ下端面との間隔ｔは、一例で数百μｍ程度である。これら保持板部８、座板２６、バネ２７及び受け板２９により、投影光学系鏡筒２３の落下受け機構１０が構成される。
【００２６】
図１に示すように、ウェハステージ装置２５（後述）の固定部上面には、ポスト１８ｃが立ち上げられている。このポスト１８ｃは、保持板部８を貫通して上方に延びている。ポスト１８ｃの上端寄り側面には、干渉計１８ａが取り付けられている。さらに、この干渉計１８ａと対向する投影光学系鏡筒２３の側面には、反射鏡１８ｂが取り付けられている。これら干渉計１８ａ・反射鏡１８ｂにより、投影光学系鏡筒２３とウェハステージ装置２５の相対位置が検出される。あるいは、これら干渉計１８ａ・反射鏡１８ｂに代えて、投影光学系鏡筒２３のフランジ部２３ａ上に加速度計１９を取り付け、この加速度計１９でゆれの加速度を計測してもよい。
【００２７】
投影光学系鏡筒２３・落下受け機構１０の下方には、ウェハＷを載置して移動・位置決めするウェハステージ装置２５が搭載されている。このウェハステージ装置２５は、エアマウント等の除振機構９及び支持フレーム１２を介して、ベース５上に設置されている。ウェハステージ装置２５には、ウェハＷを吸着保持するチャック（図示されず）が設けられている。本実施の形態のウェハステージ装置２５は、干渉計１８ａ・反射鏡１８ｂ（あるいは加速度計１９）で計測した投影光学系鏡筒２３のゆれ（振動）に追随して作動できるよう構成されている。
【００２８】
なお、図１に示す例では、マスクステージ装置１５とウェハステージ装置２５とにそれぞれ独立した除振機構１７、９が設けられているが、マスクステージフレーム３と支持フレーム１２を一体に構成し、除振機構を一纏めにすることもできる。
【００２９】
このような露光装置１は、マスクステージ装置１５及びウェハステージ装置２５の各ステージを光軸垂直方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させて、マスクＭ及びウェハＷを転写すべき露光領域に位置決めするステップ動作と、マスクステージ装置１５とウェハステージ装置２５の各ステージを等速で同期移動させながら走査露光するスキャン動作を繰り返す。ステップ動作中には露光は行われず、各ステージが加減速運転し、マスクＭ及びウェハＷを次の露光領域まで移動させる。一方、スキャン動作時には、マスクステージ装置１５とウェハステージ装置２５の各ステージが、ＸＹ面内を反対方向に所定の速度比で等速同期移動する。この間は、各ステージ装置１５、２５の各ステージには加減速は加わらない。
【００３０】
ここで、前述の通り、マスクステージ装置１５は、ベース５上のマスクステージフレーム３に除振機構１７を介して支持されており、ウェハステージ装置２５は、除振機構９・支持フレーム１２を介してベース５上に支持されている。したがって、これらマスクステージ装置１５並びにウェハステージ装置２５は、投影光学系鏡筒２３を支持する鏡筒フレーム７とは別のフレームであり、各ステージの加減速に伴う振動が投影光学系鏡筒２３に伝わることはない。このように、除振機構１７、９を用いるだけの簡単な構成で済むため、露光装置１全体がコンパクトになり、フットプリントの低減や製造コストの減少等を実現できる。そのため、露光装置１のＣｏＯを向上することができる。
【００３１】
さらに、この露光装置１では、投影光学系鏡筒２３が柔軟性のあるワイヤ（紐）２０で吊り下げられているので、ワイヤ２０の支点が振動したとしても、鏡筒２３までは振動が伝わりにくい。鏡筒２３は、ワイヤ２０の長さで決まる固有振動数ω＝（ｇ／Ｌ）^１／２（ここにｇは重力加速度）に基づき若干揺れるが、振動周期Ｔは一定であり、その値は固有振動数ωに基づき予め算出することができる（Ｔ＝２π／ω）。
【００３２】
ここで、図３を用いて前述したように、振り子の原理に基づく鏡筒２３の振動は極めてゆっくりとしている。このようなゆっくりとした振動は、ウェハステージ装置２５に対する鏡筒２３の相対的な変動を干渉計１８ａ・反射鏡１８ｂ（あるいは加速度計１９）で検出し、この検出結果に基づき鏡筒２３の動きに合わせてウェハステージ装置２５を追随させることで、容易に対処することが可能である。したがって、像のボケや位置ずれ等の機械的振動に起因する結像性能の劣化を抑えられる有効な手段を提供することができる。
【００３３】
なお、万が一ワイヤ２０が切れて鏡筒２３が下がった場合には、鏡筒２３のフランジ部２３ａが落下受け機構１０の受け板２９に当たって受け止められるとともに、落下衝撃がバネ２７で吸収される。この落下受け機構１０により、鏡筒２３の甚大な破損等を未然に防ぐことができる。
【００３４】
【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、鏡筒振動のシンプルな抑制手段を有する露光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る露光装置の全体構成図である。
【図２】同露光装置の鏡筒の落下受け機構の拡大図である。
【図３】本発明の原理を説明するための図である。
【図４】スキャン露光を行う光露光装置の全体構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１露光装置
３マスクステージフレーム４、９、１７除振機構
５ベース７鏡筒フレーム
８保持板部１０落下受け機構
１１照明光学系支持フレーム１２支持フレーム
１３照明光学系鏡筒１５マスクステージ装置
１８ａ干渉計１８ｂ反射鏡
１９加速度計２０ワイヤ（紐）
２３投影光学系鏡筒２３ａフランジ部
２５ウェハステージ装置２６座板
２７バネ２９受け板

Claims

感応基板上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、
前記エネルギ線の光学系を収容する鏡筒が、柔軟性のある紐で吊り下げられていることを特徴とする露光装置。
前記感応基板を載置して移動・位置決めする感応基板ステージを備え、
前記鏡筒の揺れに合わせて前記ステージを追随させることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
感応基板上に転写すべきデバイスパターンを有する原版にエネルギ線照明を当てる照明光学系と、
前記原版を載置して移動・位置決めする原版ステージと、
前記原版を通過又は反射したエネルギ線を前記感応基板上に投影結像させる投影光学系と、
前記感応基板を載置して移動・位置決めする感応基板ステージと、を具備する露光装置であって、
前記原版ステージ又は前記感応基板ステージを支持するステージフレームと、
前記投影光学系を収納する投影光学系鏡筒と、
該投影光学系鏡筒を支持する鏡筒フレームと、をさらに具備し、
前記投影光学系鏡筒が前記鏡筒フレームから柔軟性のある紐で吊り下げられていることを特徴とする露光装置。
前記鏡筒の落下受け機構を有することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の露光装置。