JP2005116627A - ステージ装置、露光装置並びにデバイス製造方法 - Google Patents

ステージ装置、露光装置並びにデバイス製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】装置を大型化せず、高精度な位置決めが可能なステージ装置の提供。
【解決手段】レチクル6Aを保持するスライダ54と、スライダ54を移動及び位置決め可能に保持するステージ定盤51とを備え、レチクル6Aを保持する保持面54aが鉛直下方に向くように、スライダ54をステージ51の鉛直下面に吸引保持した。
【選択図】 図2

Description

本発明は、工作機械や半導体製造工程に用いられる露光装置において、被測定物や、ウエハ、レチクル等の被加工物等の物体を位置決めするステージ装置に関するものである。
図6は、従来例のステージ装置の概略構成図であり、半導体製造時においてレチクルを位置決めするためのレチクルステージの構成を例示したものである(例えば、特許文献1参照)。
図6に示すレチクルステージは、ステージ定盤101における基準面となる鉛直上面に配置されており、軸受103を介してガイド102に対向して配置されて、進行方向X及び進行方向Xと直角(ヨーイング)方向Yに案内される。軸受103としては、転がり軸受や摺動軸受などが用いられるが、高精度に姿勢を維持する場合には静圧軸受などが用いられる。
スライダ104の水平方向両側には可動磁石107が配置されており、可動磁石107に対向配置されるモータコイル108に電流が通電されるとスライダ104が進行方向に駆動される。レチクルステージなどでは、高加速度で駆動される場合が多いため、図示のようにモータコイル108側がカウンタマス106として構成される場合が多い。カウンタマス106も同様に、軸受103を介してステージ定盤101上に配置されており、ステージ定盤上においてスライダ104とは反対方向に駆動されることで反力を打ち消し、ステージ装置外部への振動を抑えることができる。
光源109に光(i線、KrF等)を使った半導体露光装置の場合には、透過型のレチクル105をスライダ104上に搭載し、上方から光を照射することでレチクル105上の回路パターンをウエハに転写する。
近年、次世代の露光技術として光源にEUV(極紫外)光を用いた露光装置が注目されている。このようなEUV光を用いた露光の場合には、図7に示すようにスライダ104の鉛直下面に反射型レチクルが搭載された構成になると考えられる。
特開2000-77503公報
ところで、上記EUV光を用いる露光装置では、スライダ104の下面にレチクル105が配置される構成となるため、水平方向に対して斜めに入射されるEUV光をレチクル105の反射面に照射するためには、ステージ定盤101に光を通す大きな開口部を設ける必要がある。
しかしながら、図7に示す構成では、光路とステージ定盤101が干渉するため、この干渉を回避させるためにはカウンタマス106を更に外側に離して配置する必要があるため、ステージ装置が大型化する要因となる。
また、ステージ定盤101に開口部を設けた構成では、ステージ定盤101の剛性不足による変形が懸念され、スライダ104が高加速度で駆動されることによってステージ定盤101が変形し、その結果ガイド面が変形してステージの姿勢を維持できず高精度な位置決めを達成することは困難となってしまう。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、装置を大型化せず、高精度な位置決めが可能で、例えば、露光光を反射型原版で反射させて露光する露光装置に適用した場合に、光路上に干渉物がなく、光路を確保するための開口部等の形状部を設ける必要もないステージ装置の提供を目的とする。
上述の課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るステージ装置は、物体を移動及び位置決めするステージ装置において、前記物体を保持するスライダと、前記スライダを定盤に対して駆動する駆動部を備え、前記スライダを前記定盤に対して静圧軸受と与圧磁石により吊り下げた状態で支持する。
また、好ましくは、前記駆動部を保持して前記駆動部に作用する反力を打ち消すカウンタ部を備え、前記カウンタ部を前記定盤に対して静圧軸受と与圧磁石により吊り下げた状態で支持する。
また、好ましくは、前記磁石の吸引力をFm、前記ステージの自重をFg、前記静圧軸受の発生圧力をFaとすると、Fm=Fa+Fgの関係を満たす。
また、好ましくは、前記磁石の吸引力と前記静圧軸受の発生圧力とを調整する調整手段を更に備える。
また、好ましくは、前記静圧軸受の前記定盤に対する浮上量を計測する計測手段を更に備える。
また、好ましくは、前記スライダを前記定盤に対して前記第2の方向に電磁的に駆動するガイド部を更に備える。
また、好ましくは、前記ガイド部は、断面がコの字状で前記第1の方向に延びる第1のコア部と、当該第1のコア部を中心としてその両側に対向配置される第2のコア部とを備え、当該第1のコア部の凹状空間に通電のためのケーブル及びコネクタを配置した。
また、本発明の露光装置は、上記いずれかのステージ装置を備え、当該ステージ装置を用いて原版を基板に対して相対的に移動及び位置決めすることによって原版に描かれたパターンを基板に露光する。
また、本発明は、上記露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法にも適用できる。
以上説明したように、本発明によれば、装置を大型化せず、高精度な位置決めが可能で、例えば、露光光を反射型原版で反射させて露光する露光装置に適用した場合に、光路上に干渉物がなく、光路を確保するための開口部等の形状部を設ける必要もないステージ装置を構成できる。
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
[露光装置]
図1は、本実施形態のステージ装置を搭載する露光装置の概略構成を示す図である。
図1において、1は励起レーザであり、光源の発光点となる光源材料をガス化、液化或いは噴霧ガス化させたポイントに向けてレーザを照射して、光源材料原子をプラズマ励起することにより極紫外光としてのEUV光を発光させる。本実施形態では、励起レーザ1としてYAG固体レーザ等を用いる。
2は光源発光部であり、その内部は真空に維持された構造を持つ。ここで、2Aは光源であり、実際の発光ポイントを示す。光源2Aの周囲には光源ミラーが設けられ、光源2Aからの全球面光を発光方向に揃え集光反射し、露光光を生成する。光源ミラーは、光源2Aの位置を中心とした半球面状のミラーとして配置される。不図示のノズルから発光元素としての液化Xe、噴霧状の液化XeあるいはXeガスを光源2Aの位置に配置させる。
3は環境チャンバとしての真空チャンバであり、露光装置全体を格納する。4は真空ポンプであり、真空チャンバ内3を排気して真空状態を維持する。5は露光光導入部であり光源発光部2からの露光光を導入成形する。露光光導入部5は、ミラー5A〜5Dにより構成され、露光光を均質化かつ整形する。
6はレチクルステージであり、レチクルステージ6上の可動部には露光パターンの反射原板である原板としての反射型レチクル(又はマスク)6Aが搭載されている。7は投影系である投影レンズとしての縮小投影ミラー光学系であり、レチクル6Aで反射した露光光により形成される露光パターンをウエハ8A上に縮小投影する。縮小投影ミラー光学系7では、露光光がミラー7A,7B,7C(レチクル6A側),7D,7E,7C(ウエハ8A側)の順で投影反射され、最終的に規定の縮小倍率比でウエハ8A上に露光パターンの像が縮小投影される。
光源発光部2からの露光光を導入成形する露光光導入部5のミラー5A〜5D及び縮小投影ミラー光学系7のミラー7A〜7Eは、Mo−Siの多層膜を蒸着あるいはスパッタにより形成した反射面を有し、それぞれの反射面で光源からの露光光を反射するものである。
8はウエハステージであり基板としてのウエハ8Aを搭載する。ウエハ8Aはマスク6A上の露光パターンの像が反射縮小投影されて露光されるSi基板である。ウエハステージ8はウエハ8Aを所定の露光位置に位置決めするために、X,Y,Zの各軸、X軸回り及びY軸回りのチルト(ωx,ωy)、Z軸回りの回転(θ)方向の6軸駆動可能に位置決め制御される。
9は真空チャンバ3内に配置されているマスクステージ支持体であり、マスクステージ6のマスクステージ定盤を真空チャンバ3内に配置されている除振機構としての除振マウント91を介して支持する。マスクステージ支持体9は真空チャンバ3の床に対して固定されているが、この構成に限るものではなく、真空チャンバ3を含む露光装置全体を設置する設置床から支持するようにしても良い。
除振マウント91は気体としての空気を利用したダンパまたはアクチュエータを含み、マスクステージ6のマスクステージ定盤とマスクステージ支持体9を振動的に絶縁している。
85は真空チャンバ3内に配置されている鏡筒定盤支持体〈複数〉であり、縮小投影ミラー光学系7の鏡筒を保持する鏡筒定盤10を真空チャンバ3内に配置されている除振装置としての除振マウント51を介して支持する。鏡筒定盤支持体85は真空チャンバ3の床に対して固定されているが、この構成に限るものではなく、真空チャンバ3を含む露光装置全体を設置する設置床から支持するようにしても良い。
除振マウント51は気体としての空気を利用したダンパまたはアクチュエータを含み、鏡筒定盤10と鏡筒定盤支持体85を振動的に絶縁している。
11は真空チャンバ3内に配置されている除振装置としての除振マウントであり、真空チャンバ3の床に対して固定されているウエハステージ支持体〈不図示〉に対してウエハステージ8のウエハステージ定盤を支持する。ウエハステージ支持体は真空チャンバ3の床に対して固定されているが、この構成に限るものではなく、真空チャンバ3を含む露光装置全体を設置する設置床から支持するようにしても良い。
除振マウント11は気体としての空気を利用したダンパまたはアクチュエータを含み、ウエハステージ定盤とウエハステージ定盤支持体を振動的に絶縁している。
図1に示すように、除振マウント91,51,11により、レチクルステージ6(及び/またはマスクステージ定盤)、縮小投影ミラー光学系7(及び/または鏡筒定盤10)、ウエハステージ8(及び/またはウエハステージ定盤)のそれぞれは、真空チャンバ3または設置床に対して振動的に絶縁された状態で真空チャンバ3内に位置する。また、レチクルステージ6(及び/またはレチクルステージ定盤)、縮小投影ミラー光学系7(及び/または鏡筒定盤10)、ウエハステージ8〈及び/またはウエハステージ定盤〉のそれぞれは、除振マウント91,51,11により分離独立して支持され、互いに対しても振動的に絶縁されている。
なお、図1の露光装置は、レチクル6Aのパターンの像を縮小投影ミラー光学系7を介してウエハ8A上の領域に投影露光する際、レチクルステージ6とウエハステージ8を図の矢印方向に同期を取りながら移動して走査露光するものである。また、この装置はウエハ8A上の各領域をステップ移動と走査露光を繰り返しながら順に露光していくためステップアンドスキャン型と一般に呼ばれている。
12はレチクルストッカーであり、装置(真空チャンバ3)外部から一旦装置内部にマスク6Aを保管するものである。レチクルストッカー12では、保管容器に密閉状態で異なるパターン及び異なる露光条件に合わせた複数のマスクが保管される。13はレチクルチェンジャーであり、レチクルストッカー12から使用すべきマスクを選択して搬送する。
14はレチクルアライメントユニットであり、X,Y,Z及びZ軸周り(θ)に回転可能な回転ハンドを有する。レチクルアライメントユニット14は、レチクルチェンジャー13からレチクル6Aを受け取り、レチクルステージ6の端部に設けられたレチクルアライメントスコープ15の視野内に180度回転搬送し、縮小投影ミラー光学系7を基準に設けられたアライメントマークに対してレチクル6AをX,Y,Z軸回転(θ)方向に微動してアライメントする。即ち、XYシフト方向及びZ軸回転(θ)方向にレチクル6Aを微動調整することにより、縮小投影ミラー光学系7を基準に設けられたアライメントマークに対してレチクル6A内のアライメントマークを合わせる。こうして、レチクルステージにレチクル6Aを固定する際に、投影系基準としての縮小投影ミラー光学系7にレチクル6Aがアライメントされる。アライメントを終了したレチクル6Aはレチクルステージ6上にチャッキングされる。
16はウエハストッカーであり、装置(真空チャンバ3)外部から一旦装置内部にウエハ8Aを保管する。ウエハストッカー16では、保管容器に複数枚のウエハが保管されている。17はウエハ搬送ロボットであり、ウエハストッカー16から露光処理するべきウエハを選定し、ウエハメカプリアライメント温調機18に運ぶ。ウエハメカプリアライメント温調機18は、ウエハ8Aの回転方向の送り込み粗調整を行うと同時に、ウエハ温度を露光装置内部の温調温度に合わせ込む。19はウエハ送り込みハンドであり、ウエハメカプリアライメント温調機18にてアライメント及び温調されたウエハをウエハステージ8に送り込む。
20及び21はゲートバルブであり、装置(真空チャンバ3)外部からレチクル及びウエハを挿入するゲート開閉機構である。22も同じくゲートバルブで、装置内部でウエハストッカー16及びウエハメカプリアライメント温調機18の空間と露光空間とを隔壁で分離し、ウエハを搬入または搬出〈搬送と総称する〉するときにのみ開閉する。このように、隔壁で分離することにより、装置外部との間でウエハを搬送する際に、大気開放される容積を最小限にし、速やかに真空平行状態に戻すことを可能にしている。
[ステージ装置(レチクルステージ)]
図2は本実施形態のステージ装置の概略構成図であり、図3は図1のステージ装置をY方向から見た側面図であり、図4は図1のステージ装置を下方から見た図である。
図2乃至図4に例示するステージ装置は、上述した露光装置に搭載されたレチクルステージ6として構成され、ステージ定盤51における基準面となる鉛直下面51aに吊り下げられるように配置され、スライダ54におけるレチクル6Aを保持するステージ面54aが鉛直下方(ステージ定盤51の鉛直下面51aに平行なXY平面に垂直なZ方向)に向くように、ステージ定盤51の鉛直下面51aに非接触の状態で与圧磁石64の吸引力によって保持されている。
具体的には、ステージ装置は、原版としてのレチクル6Aを保持するスライダ54と、このスライダ54を互いに直交する第1の方向(ステージ定盤51の鉛直下面51aに平行なX方向)及び第2の方向(ステージ定盤51の鉛直下面51aに平行なX方向に垂直なY方向)に駆動する駆動部としての可動磁石57及びモータコイル58と、このモータコイル58を保持すると共に、可動磁石57の駆動時にモータコイル58に作用する反力を打ち消すカウンタ部としてのカウンタマス56とを備える。
可動磁石57は、スライダ54におけるY方向の両端部から延びるアーム部の各先端に設けられ、この可動磁石57に対向するように上下にモータコイル54が配置されており、モータコイル58に電流を通電することによってスライダ54がX方向に駆動される。
スライダ54におけるY方向の両端部にはフット部60が設けられ、このフット部60の上面に設けられた静圧軸受53によってスライダ54をステージ定盤51の鉛直下面51aに非接触の状態で軸支する。また、カウンタマス56は、その上面に設けられた静圧軸受53によりステージ定盤51に対して軸支される。
また、上記フット部60及びカウンタマス56の各上面には、上記静圧軸受53に隣接して与圧磁石64が設けられ、この与圧磁石64の磁力による吸引力によって、スライダ54及びカウンタマス56が各々の自重により落下しないようにステージ定盤11の鉛直下面11aに対して吸引保持されている。
上記ステージ装置を露光装置のレチクルステージ6に適用する際には、高加速度で駆動されることが多いため、本実施形態のようにモータコイル58側をカウンタマス56として構成する場合が多い。カウンタマス56は与圧磁石64によりステージ定盤51に吸引保持されつつ、ステージ定盤51の鉛直下面51aに対してスライダ54とは反対方向に駆動されることで反力を打ち消している。
スライダ54の上面には、フット部60で挟み込むようにガイド部61,62が設けられ、スライダ54をステージ定盤51に対してY方向(ヨーイング方向)に電磁的に駆動する。このガイド部は、断面がコの字状でX方向に延び、その凹状部分が下方に向くようにステージ定盤51に取り付けられた第1のコア部としての電磁ガイドIコア62と、この電磁ガイドEコア62を中心として当該コア62の側壁部62aの両側に対向配置される第2のコア部としてのコイルが巻線された電磁ガイドEコア61とを備え、上記電磁ガイドIコア62の凹状空間62bに通電のための実装ケーブル65及びコネクタ63が配置されている。
実装ケーブル65は、図3に示すように、電磁ガイドIコア62の凹状空間に配置されたコネクタ63から引き出され、スライダ54に対して外乱とならないようにループを作ってステージ定盤51に配置されたコネクタ63に接続される。
また、図4に示す如く、電磁ガイドIコア62はステージ定盤51のY方向の中心部に配置され、実装ケーブル65も同様に中心部に配置される。スライダ54はヨーイングを除きX方向の一軸に駆動されるのでケーブル65を中心に配置することで、ケーブルの外力によるθ外乱がスライダ54に伝わりにくい構造となっている。
上記構成を有するステージ装置は、光源発光部2からEUV光が照射され、反射型レチクル6Aを移動及び位置決めするEUV露光装置に搭載されることが望ましい。つまり、EUV光の光路上に当該光路を遮る物がないため、従来のようにEUV露光装置にて光源発光部2から照射されたEUV光の光路とステージ定盤51とが干渉することがなくなり、スライダ54に搭載されたレチクル6Aの回路パターンを不図示のウエハ上に精度良く転写することができる。
更に、ステージ定盤51に開口部等の形状部を設ける必要もなく、装置を大型化せず、高精度な位置決めが可能になる。
図5はスライダ及びカウンタマスを軸支する静圧軸受部分の構成を説明する図である。
ステージ装置は真空雰囲気等での使用が想定されており、静圧軸受53は、外部の気体供給源(不図示)から気体(或いはそれに類する流体)が供給されてステージ定盤51の鉛直下面51aとの間に所定圧力の気体を送り込むことによりスライダ54及びカウンタマス56(スライダ54も同様)を非接触の状態で中立浮上させて軸支する。
静圧軸受(パッド)53で発生する下方(ステージ定盤1から離間する方向)への圧力Faはその供給圧に依存しており、精密レギュレータなどの圧力調整機構67により調整可能である。与圧磁石64はステージ定盤51に吸引力Fmを発生させるが、磁石の吸引力はスペーサなどからなる高さ調整機構66によりステージ定盤51との間の隙間を変化させることで調整可能である。また、スライダ54及びカウンタマス56には自重による落下方向への力Fgが作用する。
上記圧力調整機構77は、与圧磁石64の吸引力Fmと静圧軸受53の発生圧力Faとを調整すべく、Fm=Fa+Fgの関係を保持しつつ静圧軸受の浮上量(ギャップ)を数umに合わせこむ必要がある。このため、スライダ54に変位センサ68を設け、スライダ54とステージ定盤51間の距離を測定しながら圧力Faを調整することで、最適な浮上量に調整することが可能となる。
EUV露光装置に適用されるステージ装置は真空チャンバー内に配置されるが、排気溝付の静圧軸受パットを採用することで高真空環境にも対応できる。
なお、上述したステージ装置は、半導体製造工程に投入される露光装置に限らず、被測定物を移動して位置決めする工作機械などにも適用可能である。
[デバイス製造方法]
次に、この露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。
図8は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップS1(回路設計)では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップS2(マスク作製)では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。
一方、ステップS3(ウエハ製造)ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップS4(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップS5(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステップS5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)等の組み立て工程を含む。ステップS6(検査)ではステップS5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半導体デバイスが完成し、ステップS7でこれを出荷する。
上記ステップS4のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するCVDステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。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を形成する。
本実施形態のステージ装置を搭載する露光装置の概略構成を示す図である。 本実施形態のステージ装置の概略構成図である。 図2のステージ装置をY方向から見た側面図である。 図2のステージ装置を下方から見た図である。 スライダ及びカウンタマスを軸支する静圧軸受部分の構成を説明する図である。 従来技術としてのステージ装置の概略構成図である。 従来技術としてのステージ装置の概略構成図である。 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。
符号の説明
2 光源発光部
6 レチクルステージ
7 縮小ミラー投影光学系
8 ウエハステージ
10 鏡筒定盤
51 ステージ定盤
53 静圧軸受
54 スライダ
56 カウンタマス
57 可動磁石
58 モータコイル
60 フット部
61 電磁ガイドEコア
62 電磁ガイドIコア
63 コネクタ
64 与圧磁石
65 実装ケーブル
66 磁石高さ調整機構
67 圧力調整機構
68 変位センサ

Claims (9)

  1. 物体を移動及び位置決めするステージ装置において、前記物体を保持するスライダと、前記スライダを定盤に対して駆動する駆動部を備え、前記スライダを前記定盤に対して静圧軸受と与圧磁石により吊り下げた状態で支持することを特徴とするステージ装置。
  2. 前記駆動部を保持して前記駆動部に作用する反力を打ち消すカウンタ部を備え、前記カウンタ部を前記定盤に対して静圧軸受と与圧磁石により吊り下げた状態で支持することを特徴とする請求項1に記載のステージ装置。
  3. 前記磁石の吸引力をFm、前記ステージの自重をFg、前記静圧軸受の発生圧力をFaとすると、Fm=Fa+Fgの関係を満たすことを特徴とする請求項2に記載のステージ装置。
  4. 前記磁石の吸引力と前記静圧軸受の発生圧力とを調整する調整手段を更に備えることを特徴とする請求項2又は3に記載のステージ装置。
  5. 前記静圧軸受の前記定盤に対する浮上量を計測する計測手段を更に備えることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載のステージ装置。
  6. 前記スライダを前記定盤に対して前記第2の方向に電磁的に駆動するガイド部を更に備えることを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載のステージ装置。
  7. 前記ガイド部は、断面がコの字状で前記第1の方向に延びる第1のコア部と、当該第1のコア部を中心としてその両側に対向配置される第2のコア部とを備え、当該第1のコア部の凹状空間に通電のためのケーブル及びコネクタを配置したことを特徴とする請求項6に記載のステージ装置。
  8. 請求項1乃至7のいずれか1項に記載のステージ装置を備え、当該ステージ装置を用いて原版を基板に対して相対的に移動及び位置決めすることによって原版に描かれたパターンを基板に露光することを特徴とする露光装置。
  9. 請求項8に記載の露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
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