JP2005026467A

JP2005026467A - ステージ装置及び電子ビーム近接露光装置

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Publication number: JP2005026467A
Application number: JP2003190499A
Authority: JP
Inventors: Manabu Ando; 学安藤; Yoshiyuki Tomita; 良幸冨田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2023-07-02
Also published as: JP4381734B2

Abstract

【課題】試料の回転方向のズレが大きい場合にも、位置の調整を適切に行うことを可能とするステージ装置及び電子ビーム近接露光装置を提供する。
【解決手段】ステージ装置１は、処理対象となるウエハＷを保持するためのウエハパレット１１及びレールプレート９（試料保持部）と、ウエハＷの位置を検出するための位置基準面７７ａ、７７ｂを有するトッププレート７と、試料保持部をトッププレート７に対して所定軸回りに回転させる駆動部７５と、を備えている。トッププレート７はレールプレート９を所定軸回りに回転可能に支持している。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はステージ装置及び電子ビーム近接露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体ウエハ等の位置決めステージ装置として、ｘ位置、ｙ位置、ｚ位置の位置決め、及びθｚ軸方向の回転位置決めを行う機構を備えたステージ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。なお、半導体ウエハの表面（処理が施される面）に平行な平面をｘｙ平面としてｘ軸、ｙ軸を設定し、ｘｙ平面に垂直な軸をｚ軸とする。また、ｚ軸に平行な軸を中心とした回転をθｚ軸方向の回転と言い、θｚ軸方向の回転によって調整される半導体ウエハ位置の要素をθｚ位置という。このステージ装置では、ステージ装置の所定の面を基準面とし、基準面の位置を検出することによって間接的にウエハのｘ位置、ｙ位置を検出している。例えば、図１５（ａ）に例を示すように、ステージ装置２０１の基準面２０３ｘ、２０３ｙの位置の検出は、基準面２０３ｘ、２０３ｙにそれぞれミラー２０５ｘ、２０５ｙを設け、レーザ干渉計２０７ｘ、２０７ｙで基準面２０３ｘ、２０３ｙとレーザ干渉計２０７ｘ、２０７ｙとの距離を測定することにより行っている。なお、レーザ干渉計２０７ｘ、２０７ｙはレーザ光Ｌｘ、Ｌｙをミラーに照射し、反射されたレーザ光を受光することによって、基準面との距離を測定する装置である。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３５３４４５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ウエハのθｚ位置はステージ装置の所定のプレートを回転させて調整することとしているが、θｚ位置のズレが大きい場合には当該プレートが過剰に回転することとなり、上記基準面２０３ｘ、２０３ｙ及びミラー２０５ｘ、２０５ｙも追従して過剰に回転することとなる（図１５（ｂ）参照）。ミラー２０５ｘ、２０５ｙはレーザ干渉計２０７ｘ、２０７ｙのレーザ光Ｌｘ、Ｌｙを反射する機能を有しており、ミラー２０５ｘ、２０５ｙが過剰に回転すると反射レーザ光がレーザ干渉計２０７ｘ、２０７ｙの受光レンジを外れてしまうので、ウエハのｘ位置、ｙ位置の検出ができなくなってしまう。このため、ウエハのθｚ位置のズレが大きい場合にはθｚ位置の調整とｘ位置、ｙ位置の調整とを同時に行うことができなくなるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題点を解決し、試料の回転方向のズレが大きい場合にも、位置の調整を適切に行うことを可能とするステージ装置及び電子ビーム近接露光装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のステージ装置は、処理対象となる試料を保持するための試料保持部と、試料の位置を検出するための位置基準面を有するステージプレートと、試料保持部をステージプレートに対して所定軸回りに回転させる駆動部と、を備え、ステージプレートは、試料保持部を所定軸回りに回転可能に支持することを特徴とする。
【０００７】
上記ステージ装置によれば、試料を所定軸回りに回転させたいときに、ステージプレートを固定したままで、ステージプレートに対して試料保持部を回転させることによって、試料保持部ごと試料を回転させることができる。このように回転すれば試料を大きく回転させたとしても、ステージプレートが有する位置基準面は回転せず角度を変えることがない。よって、試料の回転方向のズレが大きい場合でも、位置基準面を検出不可能にすることなく試料の回転方向を調整することができる。
【０００８】
また本発明のステージ装置は、駆動部がステージプレート上に設けられたことを特徴としてもよい。このようにステージプレートに直接駆動部を設けることにより、ステージ装置の小型化が可能となる。
【０００９】
また、本発明のステージ装置は、試料保持部は、試料を搭載する試料搬送部と、試料搬送部を保持する試料回転部とを有し、試料搬送部は試料回転部から分離可能に構成されたことを特徴としてもよい。
【００１０】
試料搬送部が分離可能に構成されているのでステージ装置から離れた試料の供給部で試料を保持し、ステージ装置まで搬送するという動作が可能となる。このステージ装置によれば、試料の回転方向のズレが大きい場合でも回転方向の調整が適切に可能であるので、搬送の際のウエハ回転方向を高精度に制御する必要がない。
【００１１】
また、本発明のステージ装置は、ステージプレートを搭載し、当該ステージプレートを所定軸に平行な軸の回りに回転させる微動ステージを更に備え、微動ステージによる回転の位置決め精度は、駆動部による回転の位置決め精度よりも高いことを特徴としてもよい。
【００１２】
上記ステージ装置によれば、微動ステージにより、試料の回転方向の調整を更に精密に行うことが可能となる。
【００１３】
また、本発明のステージ装置は、ステージプレートが、位置基準面として機能する反射面を有し、反射面はレーザ光を反射可能であることを特徴としてもよい。
【００１４】
本発明の電子ビーム近接露光装置は、上記ステージ装置と、ステージ装置を内部空間に収容し、内部空間が減圧可能なチャンバと、試料の表面に電子ビームを照射する電子ビーム照射部と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は実施形態に係るステージ装置１の斜視図である。図２はステージ装置１の分解斜視図である。図３はステージ装置１の側面図である。図１に示すようにｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を定め、必要な場合には以下の説明に用いる。また、ｘ軸に平行な軸を中心とした回転をθｘ軸方向の回転、ｙ軸に平行な軸を中心とした回転をθｙ軸方向の回転、ｚ軸に平行な軸を中心とした回転をθｚ軸方向の回転と言う。また、θｘ、θｙ、θｚ軸方向の回転によってそれぞれ調整される半導体ウエハ位置の要素をそれぞれ、θｘ位置、θｙ位置、θｚ位置という。
【００１７】
ステージ装置１はベースプレート３、チルトプレート５、トッププレート（ステージプレート）７、レールプレート９、及びウエハパレット（試料搬送部）１１を備え、下からこの順にｚ軸方向に重ね合わせて構成されている。レールプレート９及びウエハパレット１１は試料保持部を構成する。ステージ装置１は単独でも使用可能であるが、本実施形態においてステージ装置１は、粗動ステージ１３上に搭載され、ウエハステージを構成し、電子ビーム近接露光装置（図１２の３０１）のメインチャンバ３０３内に格納されている。ステージ装置１は上に搭載された半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）Ｗをｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向へ移動し、θｘ軸方向、θｙ軸方向、及びθｚ軸方向へ回転させることが可能であり、ウエハＷの位置及び傾きを調整することができる。
【００１８】
ステージ装置１の各構成部材について順に説明する。
【００１９】
図４はベースプレート３の斜視図である。ベースプレート３はｘ軸方向に互いに平行に伸びるように配置された３本のピエゾアクチュエータ３１を有している。ピエゾアクチュエータ３１は電圧が加えられることによりｘ軸方向の長さを変化させる。ピエゾアクチュエータ３１は一端３１ａがピエゾ固定ブロック３３に固定され、他端３１ｂがウエッジステージ３５に連結されている。ピエゾ固定ブロック３３はベースプレート３の下部プレート３９に固定されており、下部プレートとの相対的な位置を変えないようになっているので、ピエゾアクチュエータ３１が伸縮した場合には端３１ａは変位せず、端３１ｂがｘ軸方向に変位するようになっている。ウエッジステージ３５は例えば４５°の直交変換機構を有しており、ピエゾアクチュエータ３１の端３１ｂのｘ軸方向の変位をチルトヒンジ３７のｚ軸方向の変位に変換する。すなわち、端３１ｂがウエッジステージ３７に押し込まれる方向に変位した場合はチルトヒンジ３７が上昇し、逆に端３１ｂがウエッジステージ３７から離れる方向に変位した場合はチルトヒンジ３７が下降する。上記機構により、ピエゾアクチュエータ３１の長さがｘ軸方向に伸びた場合にはチルトヒンジ３７がｚ軸方向に上に移動することとなり、ピエゾアクチュエータ３１の長さがｘ軸方向に縮んだ場合にはチルトヒンジ３７がｚ軸方向に下に移動することとなる。
【００２０】
ベースプレート３には上記のような機構が３組平行に備えられており、中央の１組はピエゾ固定ブロック３３とウエッジステージ３５の位置が逆になるように配置されている。このことによって３本のチルトヒンジ３７はｘｙ平面において３角形の頂点の位置に配置されることになる。３本のチルトヒンジ３７はベースプレート３の上に設置されたチルトプレート５（後述する）を支持している。３本のチルトヒンジ３７が独立して上下することによってチルトプレート５を下部プレート３９に対してｚ軸方向に移動、θｘ軸方向、θｙ軸方向に回転させ、チルトプレートの位置及び傾きを調整できるようになっている。このことで、ステージ装置１に支持されたウエハＷのｚ位置、θｘ位置、θｙ位置を調整することができる。
【００２１】
図５はチルトプレート５の斜視図である。前述のとおりチルトプレート５はベースプレート３の上に設けられ、３本のチルトヒンジ３７によって３点支持されている。チルトプレート５の中央部にはチルトプレート５をｚ軸方向に貫通する開口５３が設けられている。開口５３にはｘｙプレート７ｂ（後述する）がわずかな間隙を空けて組み込まれる。チルトプレート５の側壁から開口５３の内側壁へ貫通するようにｘ軸方向に伸びた円柱状の２つの貫通穴が設けられており、それぞれの貫通穴には円柱状のピエゾアクチュエータ５５Ｘ１、ピエゾアクチュエータ５５Ｘ２が差し込まれている。また、ｙ軸方向に伸びた円柱状の貫通孔が設けられており、円柱状のピエゾアクチュエータ５５Ｙが差し込まれている。
【００２２】
それぞれ、ピエゾアクチュエータは外側の一端５５ａが取り付け板５７に固定されており、取り付け板５７はチルトプレート５に対して相対的な位置を変えないように固定されている。ピエゾアクチュエータは開口５３側の一端５５ｂが開口５３の内側壁からわずかに突出しており、開口５３に組み込まれたｘｙプレート７ｂの外側壁に固定される。それぞれピエゾアクチュエータは電圧が加えられることにより長さを変化させ、端５５ｂを変位させる。それぞれのピエゾアクチュエータ５５Ｘ１、５５Ｘ２、５５Ｙが独立して端５５ｂを変位させることによりｘｙプレート７ｂをチルトプレート５に対してｘ軸方向、ｙ軸方向に移動、θｚ軸方向に回転させ、トッププレート７の位置及び傾きを調整できるようになっている。このことで、ステージ装置１に支持されたウエハＷのｘ位置、ｙ位置、θｚ位置を調整することができる。本実施形態においては、ここでのｘ位置、ｙ位置の調整量はそれぞれ±２０μｍ程度であり、θｚ位置の調整量は±１５０マイクロラジアン程度である。
【００２３】
図６はトッププレート７の分解斜視図である。トッププレート７はトップテーブル７ａ及びｘｙプレート７ｂからなる。ｘｙプレート７ｂはトップテーブル７ａの底面に密着固定されており、ｘｙプレート７ｂとトップテーブル７ａは互いの位置関係を変えないようになっている。ｘｙプレート７ｂはチルトプレート５の開口５３とほぼ同じ形状をなしており、わずかな間隙をもって開口５３に嵌まるようになっている。トッププレート７の上面には３つの台座７１ａ、７１ｂ、７１ｃが立設されている。台座７１ａ、７１ｂ、７１ｃの上面には静電吸着機構が設置されている。台座７１ａ、７１ｂ、７１ｃはそれぞれレールプレート９（後述する）に設けられた開口９１ａ、９１ｂ、９１ｃを貫通し、ウエハパレット１１（後述する）の底面に静電力によって吸着するようになっている。トップテーブル７ａの中央部には軸受け７３が設けられている。軸受け７３はレールプレート９の底面に設けられた回転軸９３を受け、θｚ軸方向に回転可能に支持している。
【００２４】
また、トッププレート７上面には超音波モータ（駆動部）７５が設置されている。超音波モータ７５はモータブラケット７５ａ及びＬＭガイド７５ｂを有している。ＬＭガイド７５ｂは超音波モータ７５の駆動によりモータブラケット７５ａにガイドされてｙ軸方向に沿ってモータブラケット７５ａ内を移動する。このことによって、ＬＭガイド７５ｂの一端７５ｃがｙ軸方向に沿って移動するようになっている。ＬＭガイド７５ｂの一端７５ｃはレールプレート９の下面に設けられたプッシュロッド９５に固定されており、端７５ｃが移動することによってプッシュロッド９５をｙ軸方向に前後させることができる。
【００２５】
トップテーブル７ａのｙｚ平面に平行な縁面部及びｘｙ平面に平行な縁面部に亘ってＬ字ミラー７７が設けられている。Ｌ字ミラー７７はｙｚ平面及びｘｙ平面にそれぞれ平行な２つの反射面７７ａ、７７ｂを有している。反射面７７ａ、７７ｂはそれぞれ、ウエハＷのｘ位置、ｙ位置を検出するための位置基準面を構成している。反射面７７ａ、７７ｂは例えばメインチャンバ３０３の内壁面に設けられたレーザ干渉計（図示しない）からレーザ光を反射する機能を有する。反射面７７ａに対応する第１のレーザ干渉計はｘ軸方向に反射面７７ａに向かってレーザ光を出射し反射面７７ａで反射されたレーザ光を受光する。第１のレーザ光干渉計は受光した光の位相に基づいて反射面７７ａまでの距離を測定することによって、トッププレート７のｘ位置を検出する。同様にして、反射面７７ｂに対応する第２のレーザ干渉計はトッププレート７のｙ位置を検出する。トッププレート７のｘ位置、ｙ位置を検出することにより、間接的にウエハＷのｘ位置、ｙ位置を検出することができる。
【００２６】
図７はレールプレート９の斜視図である。レールプレート９の底面側中央部には円柱状の回転軸９３が立設されている。レールプレート９は回転軸９３がトッププレート７の軸受け７３に組込まれることによってθｚ軸方向に回転可能に支持されている。レールプレート９には開口９１ａ、９１ｂ、９１ｃが設けられている。前述のとおり開口９１ａ、９１ｂ、９１ｃにはトッププレート７の台座７１ａ、７１ｂ、７１ｃが間隙をもって貫通している。
【００２７】
レールプレート９の下面にはプッシュロッド９５が設けられており、前述したＬＭガイド７５ｂの端７５ｃが固定されている。図８（ａ）は超音波モータ７５及びプッシュロッド９５付近を示した平面図である。ＬＭガイド７５ｂはヒンジ部７５ｄを有しており、ヒンジ部７５ｄはＬＭガイド７５ｂの先端部をｘｙ平面内で折れ曲がることができる機構になっている。図８（ｂ）に端７５ｃがｙ軸方向に沿って図面右方向に移動した状態の平面図を示す。端７５ｃが図面右方向に移動すると、これに追従してプッシュロッド９５が図面右方向に移動する。プッシュロッド９５が図面右方向に移動することによって、レールプレート９全体がトッププレート７に対して、回転軸９３を中心にして図中矢印のＡ方向に回転することとなる。図９（ａ）は回転前のトッププレート７とレールプレート９との位置関係を示し、図９（ｂ）は回転後のトッププレート７とレールプレート９との位置関係を示す平面図である。このようにＬＭガイド７５ｂがプッシュロッド９５をｘ軸方向に移動させることによりレールプレート９をトッププレート７に対してθｚ方向に回転させ、レールプレートのθｚ位置を調整することができる。また、開口９１ａ、９１ｂ、９１ｃと台座７１ａ、７１ｂ、７１ｃとの間のそれぞれの間隙はレールプレート９がトッププレート９に対して通常のθｚ位置の調整量回転したとしても、開口９１ａ、９１ｂ、９１ｃと台座７１ａ、７１ｂ、７１ｃとがそれぞれ接触しない程度に設けられている。本実施形態においては、ここでのθｚ位置の通常の調整量は数ミリラジアン程度である。
【００２８】
このとき、ＬＭガイド７５ｂはヒンジ部７５ｄで折れ曲がり、端７５ｃがプッシュロッド９５接触面の傾きに追従して回転するようになっている。このことによって、プッシュロッド９５と端７５ｃとの間の接触面に応力が生じないようになっており、ＬＭガイド７５ｂやプッシュロッド９５に歪みが生じることを防止している。
【００２９】
再び図７を参照する。レールプレート９の上面にはｘ軸方向に平行に伸びる３本のレール９７ａ、９７ｂ、９７ｃが設けられている。レール９７ａ、９７ｂ、９７ｃはウエハパレット１１の底面に設けられたガイドローラに対応する位置に設けられている。レール９７ｂの側面には半円状の切り欠き９９が対になるように２組設けられており、対応する対のガイドローラが切り欠き９９に嵌まり込むことによってウエハパレット１１の大まかな位置合わせが可能となっている。レールプレート９のレール９７に直交する縁面には２つの給電用端子１０１が上面から突出するように設けられている。給電用端子１０１にはウエハパレット１１側の給電用端子が接触し、これを介してウエハパレット１１に電力が供給されるようになっている。
【００３０】
図１０はウエハパレット１１及びウエハパレット１１に保持されるウエハＷを分解した斜視図である。ウエハパレット１１は上面に２つの円周溝１１３を有している。円周溝１１３はウエハパレット１１上面中央部に位置し、上面が同心円状に凹設されて形成されている。円周溝１１３の形状は何れもウエハＷよりも小さな円となっている。円周溝１１３の底部には空気穴１１３ａが円周溝１１３の形状に沿って多数配列されている。ウエハパレット１１は空気穴１１３ａを通じて外気を吸引し、ウエハＷを空気の負圧によってウエハパレット１１上面に吸着させる真空吸着機構を有している。また、ウエハパレット１１の上面側には多数の静電吸着電極が埋め込まれており、静電力によってウエハＷを吸着させる静電吸着機構を有している。
【００３１】
図１１はウエハパレット１１を底面側から見た斜視図である。ウエハパレット１１の底面側にはレール９７ａ、９７ｂ、９７ｃに対応する位置に、それぞれガイドローラ１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃが設けられている。ガイドローラ１１７ａ及び１１７ｂはレール９７ａ、９７ｂの側面部を転がりながらｘ軸方向に移動可能となっている。レール９７ｂに対応するガイドローラ１１７ｂはそれぞれ一対になるように設けられており、対になったガイドローラ同士はレール９７ｂを挟み込みながらレール９７ｂの側面を転がるように移動可能となっている。後述するようにウエハパレット１１はレールプレート９から分離することが可能で、ウエハＷをステージ装置１まで搬送する搬送台車としての機能を有している。ウエハパレット１１がメインチャンバ３０３内をｘ軸方向に移動してレールプレート９の上へと移動し、ウエハＷはウエハパレット１１に吸着された状態でウエハパレット１１ごと移動する。このとき各ガイドローラ１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃがそれぞれレール９７ａ、９７ｂ、９７ｃの側面を転がることによって円滑な移動が可能となる。また、ガイドローラ１１７ｂがレール９７ｂの切り欠き９９に嵌まり込むことによってウエハパレット１１の大まかな位置合わせ及び固定がなされる。ウエハパレット１１が上記のように位置合わせされた時の給電用端子１０１に接触する部分には、ウエハパレット１１の動作に必要な電力を取り入れる給電用端子１１９が設けられている。
【００３２】
ウエハパレット１１の底面側にはトッププレート７の台座７１ａ、７１ｂ、７１ｃに対応する位置に、静電吸着電極１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃが設けられている。ウエハパレット１１は上記のようにレールプレート９から分離可能に構成されているが、レールプレート９の開口９１ａ、９１ｂ、９１ｃを貫通してトッププレート９に立設された台座７１ａ、７１ｂ、７１ｃに静電吸着されることによりトッププレート９に固定される。まず、ステージ装置１の外部からウエハＷを搬送してきたウエハパレット１１が、ガイドローラ１１７ｂがレール９７ｂの切り欠き９９に嵌まり込むことによってウエハパレット１１の大まかな位置合わせ及び固定がなされる。つぎに、台座７１ａ、７１ｂ、７１ｃの静電吸着装置が機能していない状態で、ウエハパレット１１のθｚ位置の調整（後述する「粗θｚ調整」）が行われ、その後に台座７１ａ、７１ｂ、７１ｃの静電吸着装置を機能させ、ウエハパレット１１がトッププレート９に固定される。
【００３３】
ステージ装置１は、上述した構成のベースプレート３、チルトプレート５、トッププレート７、レールプレート９、及びウエハパレット１１を備えているので、ウエハＷのｘ、ｙ、ｚ位置、及びθｘ、θｙ、θｚ位置を調整することが可能である。特に、θｚ位置の調整については、チルトプレート５のピエゾアクチュエータによる±１５０マイクロラジアン程度の調整（以下「微θｚ調整」という）、及びトッププレート７の超音波モータ７５による数ミリラジアン程度の調整（以下「粗θｚ調整」という）の位置決め精度が異なる２通りの調整が可能である。微θｚ調整の位置決め精度は０．０５マイクロラジアン程度であり、粗θｚ調整の位置決め精度は０．３マイクロラジアン程度である。
【００３４】
ステージ装置１は、電子ビーム近接露光装置３０１のメインチャンバ３０３内に格納されている。図１２は電子ビーム近接露光装置（以下「露光装置」という）３０１の断面図である。露光装置３０１はメインチャンバ３０３と搬入チャンバ３０５を有している。メインチャンバ３０３内には底壁部に粗動ステージ１３が設置され、その上にステージ装置１が設置されている。ステージ装置１のうちウエハパレット１１はメインチャンバ３０３と搬入チャンバ３０５との間を移動し、ウエハＷをステージ装置１上に搬入するようになっている。
【００３５】
搬入チャンバ３０５は外部からウエハＷをメインチャンバ３０３内に搬入するためのチャンバであり、開閉可能に設けられたチャンバ扉３０９を閉じることによってメインチャンバ３０３との間を封止し、独立して内部を真空状態及び大気圧状態にすることができる。搬入チャンバ３０５からチャンバ扉３０９付近までｘ軸方向に沿って３本の搬入レール３０７が伸びている。ウエハパレット１１のガイドローラ１１７は搬入レール３０７の側面を転がってウエハパレット１１を移動させるようになっている。搬入レール３０７はそれぞれレールプレート９のレール９７に対応し、それぞれがレール９７の延長線上に平行に伸びている。すなわち、搬入レール３０７はレール９７と同じ高さ（同じｚ位置）に設けられている。また、搬入チャンバの側面部から搬入チャンバ内にウエハＷを搬入することができるようになっている。
【００３６】
メインチャンバ３０３は容器本体３１３及び上蓋３１５に囲まれた空間を有している。当該空間は真空排気系（図示しない）により減圧され、真空状態とすることができる。当該空間内にはウエハＷを位置決め保持するためのウエハステージ３１７、及び所望パターンが形成されたマスクＭを位置決め保持するためのマスクステージ３１９が収容されている。前述のとおりウエハステージ３１７は粗動ステージ１３上にステージ装置１が搭載されて構成されている。
【００３７】
ステージ装置１のウエハパレット１１は搬入チャンバ３０５内とステージ装置１上部との間を移動できるようになっている。移動は以下のように行われる。まず、粗動ステージ１３の駆動によりステージ装置１全体が−ｘ方向（図面の左方向）へチャンバ扉３０９付近まで移動し、レールプレート９のレール９７と搬入レール３０７とが接近する。そして、ウエハパレット１１は＋ｘ方向（図面の右方向）へ移動する。ウエハパレット１１は搬入レール３０７からレール９７へ乗り移り、レールガイド１１７ｂ（図１１参照）がレールプレート９の切り欠き９９（図７参照）へ嵌まり込むところまで移動する。こうしてステージ装置１の上部にウエハパレット１１が配置された状態で、粗動ステージ１３の駆動によりステージ装置１が元の位置である電子ビーム露光装置３２１の直下まで戻る。
【００３８】
上蓋３１５の中央には電子ビームを照射するための電子ビーム照射部３２１が設けられている。電子ビーム照射部３２１は、上壁部と側壁部とを含む電子鏡筒３２３と、電子鏡筒３２３内で上壁部に設けられた電子銃３２５と、電子銃３２５から出射された電子ビームをコリメートするレンズ３２７と、偏光器３２９とを有している。これら電子銃３２５、レンズ３２７、及び偏光器３２９は、鉛直下方に向かってこの順に配置されており、電子銃３２５から出射された電子ビームは、レンズ３２７によりコリメートされ、偏光器３２９により走査されて半導体ウェハＷ上に照射される。
【００３９】
マスクステージ３１９は図示しない駆動機構によりウエハＷの位置、傾きを動かすことが可能で、ｘ位置、ｙ位置、ｚ位置及び傾き（θｘ、θｙ、θｚ位置）の細かい位置決めを行う。このマスクステージ３１９は、メインチャンバ３０３の底壁部に立設された基準ベース３３１上に搭載されている。電子ビーム照射部３２１から出射された電子ビームによりマスクＭの全面を走査することで、所望パターンが半導体ウエハＷ上のレジストに等倍で転写される。
【００４０】
また、メインチャンバ３０３内には、マスクＭ上及び半導体ウエハＷ上に光を照射し、図示しないアライメントマークによって散乱された光を検出する白色光顕微鏡などの光検出器３３３が設けられている。この光検出器３３３は、基準ベース３３１上に搭載されており、マスクＭの上側に位置するファイン光検出器３３３ｆとマスクＭの下側に位置するコース光検出器３３３ｃの２種類がある。ファイン光検出器３３３ｆにより検出されたデータは、図示しない画像処理装置に送られて処理され、アライメントマークの重なり具合からマスクＭとウエハＷとの位置関係が求められる。そして、マスクＭとウエハＷとに位置ズレがあるときには、マスクＭ及び／又はウエハＷの位置を修正する信号が生成され、この信号に基づいてマスクＭ及び／又はウエハＷの位置が微修正される。このようにして、マスクＭと半導体ウエハＷとの精密な位置決めがなされる。なお本実施形態では、マスクＭは半導体ウエハＷに近接（マスクＭと半導体ウエハＷとの間隙が３０〜１００μｍ程度）して配置される。コース光検出器３３３ｃはファイン光検出器３３３ｆよりも分解能が低く、例えば、上記の精密な位置決めの前の粗い位置決め等に用いられる。
【００４１】
続いて、図１３を参照して、ウエハＷが電子ビーム近接露光装置３０１内のステージ装置１上に搬送されてから、電子ビームの照射が行われるまでの露光装置３０１の動作を説明する。図１３は露光装置３０１の動作をフロー図に示したものである。本実施形態において、ウエハＷは直径２００ｍｍ程度であり、ウエハＷ上に配列して形成される半導体チップの１チップのサイズは約２３ｍｍ×２３ｍｍである。
【００４２】
まず、ウエハパレット１１が搬入チャンバ３０５内にあり、搬入扉３１１が開き、チャンバ扉３０９が閉じた状態において、外部から搬入扉３１１を通してウエハパレット１１上にウエハＷを配置する（Ｓ１０２）。配置は例えば周知の吸着式ロボットアーム（図示しない）等を用いて行われる。ウエハＷがウエハパレット１１上に配置されたら、ウエハパレット１１の真空吸着機構によりウエハＷがウエハパレット１１上に吸着される（Ｓ１０４）。その後、ウエハパレット１１の静電吸着機構を機能させることによりウエハＷがさらに強く吸着される（Ｓ１０６）。次に、真空吸着機構を停止することで、ウエハＷは静電吸着機構のみで吸着している状態となる（Ｓ１０８）。
【００４３】
次に、搬入扉３１１を閉じ、搬入チャンバ３０５内を真空排気機構（図示しない）によって減圧する（Ｓ１１０）。搬入チャンバ３０５内がメインチャンバ３０１内と同じ真空度まで減圧されたら、チャンバ扉３０９を開き、粗動ステージ１３の駆動によってステージ装置１をチャンバ扉３０９の側近まで移動させる（Ｓ１１２）。
【００４４】
次に、ウエハパレット１１が搬入レール３０７に沿ってレールプレート９の上へ向かって移動する。レールプレート９のレール９７と、対応する搬入レール３０７とは一直線になるように設けられているので、ウエハパレット１１は搬入レール３０７からレールプレート９のレール９７に乗り換え、レールプレート９の上側まで移動し、ガイドローラ１１７ｂがレール９７ｂの切り欠き９９に嵌まるところで止まる（Ｓ１１４）。この段階においてはトッププレート７の台座７１ａ、７１ｂ、７１ｃに設置された静電吸着機構は機能しておらず、ウエハパレット１１はトッププレート７に固定されていない状態である。よって、この段階ではレールプレート９が回転軸９３を中心としてトッププレート９に対して回転可能であり、レールプレート９の回転に追従してウエハパレット１１も回転可能である。次に、粗動ステージ１３を再び駆動し、ステージ装置１を元の位置である電子ビーム照射部３２１の直下へ戻す（Ｓ１１６）。
【００４５】
次に、ウエハＷの粗θｚ調整を以下のようにして行う（Ｓ１１８）。図１４（ａ）はウエハＷの平面図である。ウエハＷ表面には、それぞれの半導体チップ転写位置（Ｃ１、Ｃ２、…）に対応して同じ位置に十字状のアライメントマーク（Ｃ１０１、Ｃ１０２、…）が形成されている。図１４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はコース光検出器３３３ｃによって検出された画像を示す図である。まず、コース光検出器３３３ｃによってウエハＷ上に形成されたアライメントマークのうち何れかのアライメントマークＣｎ（「第１マークＭ１」という）を読み取る。コース光検出器３３３ｃによって読み取られた画像は画像処理装置（図示しない）に送られて処理される（図１４（ｂ）参照）。本実施形態ではコース光検出器３３３ｃの視界はｘ軸方向ｙ軸方向とも１ｍｍ程度である。
【００４６】
次に、粗動ステージ１３を駆動しウエハＷを−ｘ軸方向（図１４の右方向）に１２０ｍｍ程度移動し、コース光検出器３３３ｃの視界に入ったアライメントマークＣｎ＋α（「第２マークＭ２」という）を読み取る（図１４（ｃ）参照）。次に、第１マークＭ１と第２マークＭ２のｙ位置を比較し、両者のｙ位置の差ＤｙからウエハＷのθｚ位置のズレ量を算出し、必要なθｚ調整量を求める。図１４（ｄ）に示すように第２マークＭ２の方が第１マークＭ１よりも＋ｙ軸方向にある場合はレールプレート９を上からみて反時計回りに所望の回転量回転させる。レールプレート９を回転させることによってレールプレート９に固定されたウエハパレット１１も追従して回転することとなり、ウエハパレット１１に静電吸着されたウエハＷも追従して回転することとなる。上記のレールプレート９の回転は超音波モータ７５を駆動することにより行う。超音波モータ７５のＬＭガイド７５ｂを＋ｙ軸方向に移動させることにより、プッシュロッド９５を＋ｙ軸方向に押し、レールプレート９を回転軸９３を中心に反時計回りに回転させる。
【００４７】
第１マークＭ１と第２マークＭ２との位置比較においてｙ軸方向の位置関係が上記と逆の場合には超音波モータ７５のＬＭガイド７５ｂを−ｙ軸方向に移動させることにより、プッシュロッド９５を−ｙ軸方向に引っ張り、レールプレート９を回転軸９３を中心に時計回りに回転させる。上記の処理を繰り返し、第１マークＭ１と第２マークＭ２とのｙ軸方向位置の差が所定の基準以下になったところでウエハＷの粗θｚ調整を終了する。本実施形態の場合、上記所定の基準に対応するθｚ位置の誤差は５０マイクロラジアン程度である。なお、コース光検出器３３３ｃの検出限界は０．３μｍ程度であり、これに対応するθｚ位置の誤差は２〜３マイクロラジアンである。
【００４８】
粗θｚ調整が終了したら、トッププレート７の台座７１ａ、７１ｂ、７１ｃに設置された静電吸着機構を機能させ、台座７１ａ、７１ｂ、７１ｃにウエハパレット１１を吸着固定させる（Ｓ１２０）。この段階でウエハパレット１１はトッププレート７に固定され、ウエハパレット１１はトッププレート７及びレールプレート９に対して位置を変えないようになる。
【００４９】
次に、ウエハＷ及びマスクＭを水平に調整するレべリング、及びマスクＭとウエハＷとの間隙を所望の距離に調整するギャップ調整を行う（Ｓ１２２）。レべリング及びギャップ調整は主にベースプレート３の３本のチルトヒンジ３７を上下させ、ウエハＷのｚ位置、θｘ位置、θｙ位置を調節することで行う。
【００５０】
次に、レべリング及びギャップ調整が完了したら、ウエハＷ上の最初の転写位置をマスクＭ直下へ移動する（Ｓ１２４）。この移動は粗動ステージ１３の駆動により行う。本実施形態では所定のピッチは約２３ｍｍである。
【００５１】
転写位置がマスクＭ直下へ移動したら、転写位置の微調整をｘ位置、ｙ位置、θｚ位置について行う（Ｓ１２６）。この微調整は、チルトプレート５のピエゾアクチュエータ５５Ｘ１、５５Ｘ２、５５Ｙを駆動させることにより行う。ウエハＷとマスクＭとの相対的な位置関係の検出はファイン光検出器３３３ｆによりマスクＭに設けられたマスクアライメントマークとウエハＷに設けられたウエハアライメントマークを検出することにより行う。光検出器３３３ｆは４体が設置されている。４体の光検出器３３３ｆはそれぞれ＋ｘ方向、−ｘ方向、＋ｙ方向、−ｙ方向を向き、視準軸を下方に傾け、マスクＭ上部から斜め下方にマスクＭ及びウエハＷを見下ろす角度に設置されている。
【００５２】
それぞれのファイン光検出器３３３ｆにより検出されたマスクアライメントマークとウエハアライメントマークの４組の画像データは、図示しない画像処理装置に送られ、両アライメントマークの位置関係に基づいて所定のロジックにより処理され、マスクＭとウエハＷとの位置関係が求められる。そして、マスクＭとウエハＷとに位置ズレがあるときには、マスクＭ及び／又はウエハＷの位置を修正する信号が生成され、この信号に基づいてマスクＭ及び／又はウエハＷの位置が微修正される。このようにして、マスクＭとウエハＷ上の転写位置との精密な位置調整がなされる。本実施形態ではファイン光検出器３３３ｆの視界はｘ軸方向ｙ軸方向とも１００μｍ程度である。また、本実施形態において上記微調整の調整量は、ｘ位置、ｙ位置については１０ｎｍ程度である。また、θｚ位置の調整量は、５００ナノラジアン程度である。なお、θｚ位置の調整量はマスクのメンブランの大きさによって変わり、例えば、マスクのメンブランの大きさが４６ｍｍの場合であればθｚ位置の調整量は２５０ナノラジアン程度である。
【００５３】
転写位置の微調整が終了したら、電子ビーム照射部３２１からウエハＷに電子ビームを照射し、所望のパターンを転写する（Ｓ１２８）。転写が終了したら再び、粗動ステージ１３の駆動によってウエハＷ上の次の転写位置をマスクＭ直下へ移動し、転写位置の微調整から上記の工程を所定の回数繰り返す（Ｓ１３０）。
【００５４】
上記ステージ装置１によれば、ウエハＷをθｚ軸方向に回転させたいときに、トッププレート７は固定したままで、トッププレート７に対してレールプレート９及びウエハパレット１１を回転させることによって、ウエハＷを回転させることができる。このように回転すればウエハＷのθｚ位置誤差が大きい場合にウエハＷを大きく回転させたとしても、トッププレート７に設けられたＬ字ミラー７７の反射面７７ａ、７７ｂは回転せず角度を変えることがない。よって、ウエハＷのθｚ位置のズレが大きい場合でも、反射面７７ａ、７７ｂによるウエハＷのｘ位置、ｙ位置の検出を不可能にすることなくウエハＷのθｚ軸を調整することができる。
【００５５】
またステージ装置１は、トッププレート７上にレールプレート９をθｚ軸方向に回転させる超音波モータ７５を直接設けているので、ウエハＷのθｚ位置調整を超音波モータという単純な機構で実現することができる。また、単純な機構ゆえに重量も小さいので、位置調整機構を小型化することができる。従って、トッププレート７自体の重量も小さく抑えることができ、ステージ装置１の小型化も可能となる。
【００５６】
また、ステージ装置１は、トッププレート７の超音波モータ７５の他、チルトプレート５によっても更に分解能が小さなθｚ位置の調整が可能となっている。よって、Ｌ字ミラー７７を回転させずに粗θｚ調整をした後に、さらに精密な微θｚ調整をすることができる。なお、微θｚ調整によるＬ字ミラー７７の回転はレーザ干渉計の反射レーザ光が受光レンジ内を超えない程度であるので、微θｚ調整によるＬ字ミラー７７の回転によってｘ位置、ｙ位置の検出が不可能になることもない。
【００５７】
また、ステージ装置１は、ウエハＷのθｚ位置のズレが大きい場合でもウエハＷのｘ位置、ｙ位置の検出を不可能にすることなくウエハＷのθｚ軸の調整が適切に可能であるので、搬送の際のウエハθｚ位置を高精度に制御する必要がない。
【００５８】
また、ウエハ搬入時にウエハＷをウエハパレット１１に固定する方式について、ウエハＷの吸着を静電吸着機構のみで行うこととすると次のような問題が起こる。ウエハパレット１１上の静電吸着電極は一つ一つの面積は狭く、一定の間隔をおいて多数配置されているので、電極に対応する点と電極がない点との間で吸引力のムラが生じ、ウエハＷに反り、波打ち等の歪みが発生しやすい。しかし、ステージ装置１では、まず最初に吸着力がウエハＷ面に均等に働く真空吸着機構でウエハＷの吸着を行ってから静電吸着を行うので歪みが発生しにくい。ウエハＷを吸着させた後は真空下のメインチャンバ３０１内に搬入することとなるので、真空吸着機構は停止する必要があるが、一担、真空吸着による吸着を行うのでウエハＷの歪みを軽減することができる。
【００５９】
上記実施形態においては、本発明を電子ビーム近接露光装置に適用したが、本発明の真空装置は、真空中において処理を行う他の試料処理装置にも適用が可能である。例えば、本発明は、イオンビーム露光装置、極紫外線露光装置（ＥＵＶ）等にも適用することができる。また、Ｘ線や電子ビームを利用した欠陥検査装置等にも適用が可能である。その意味で「試料の処理」には欠陥検査も含まれる。
【００６０】
【発明の効果】
上述のとおり本発明によれば、試料の回転方向のズレが大きい場合にも、位置の調整を適切に行うことを可能とするステージ装置及び電子ビーム近接露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るステージ装置の斜視図である。
【図２】実施形態に係るステージ装置の分解斜視図である。
【図３】実施形態に係るステージ装置の側面図である。
【図４】ベースプレートの斜視図である。
【図５】チルトプレートの斜視図である。
【図６】トッププレートの分解斜視図である。
【図７】レールプレートの斜視図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は超音波モータ及びプッシュロッド付近を示した平面図である。
【図９】（ａ）は回転前のトッププレートとレールプレートとの位置関係を示す平面図であり、（ｂ）は回転後のトッププレートとレールプレートとの位置関係を示す平面図である。
【図１０】ウエハパレット及びウエハパレットに保持されるウエハを示した斜視図である。
【図１１】ウエハパレットを底面側から見た斜視図である。
【図１２】電子ビーム近接露光装置の断面図である。
【図１３】電子ビーム近接露光装置の動作のフロー図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はコース光検出器によって検出された画像を示す図である。
【図１５】従来のステージ装置の動作を示す平面図である。
【符号の説明】
１…ステージ装置、７…トッププレート、９…レールプレート、１１…ウエハパレット、７５…超音波モータ、７７ａ…反射面、７７ｂ…反射面、９５…プッシュロッド、３０１…電子ビーム近接露光装置、３０３…メインチャンバ、３２１…電子ビーム照射部。

Claims

処理対象となる試料を保持するための試料保持部と、
前記試料の位置を検出するための位置基準面を有するステージプレートと、
前記試料保持部を前記ステージプレートに対して所定軸回りに回転させる駆動部と、を備え、
前記ステージプレートは、
前記試料保持部を前記所定軸回りに回転可能に支持することを特徴とするステージ装置。
前記駆動部は、
前記ステージプレート上に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
前記試料保持部は、
試料を搭載する試料搬送部と、前記試料搬送部を保持する試料回転部とを有し、
前記試料搬送部は前記試料回転部から分離可能に構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のステージ装置。
前記ステージプレートを搭載し、当該ステージプレートを前記所定軸に平行な軸の回りに回転させる微動ステージを更に備え、
前記微動ステージによる回転の位置決め精度は、前記駆動部による回転の位置決め精度よりも高いことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のステージ装置。
請求項１〜４の何れか１項に記載のステージ装置と、
前記ステージ装置を内部空間に収容し、前記内部空間が減圧可能なチャンバと、
前記試料の表面に電子ビームを照射する電子ビーム照射部と、を備えたことを特徴とする電子ビーム近接露光装置。