JP2006317316A - ステージ装置およびステージ装置を用いた露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザ干渉計とミラーを用いて位置計測をするステージ装置において、計測誤差の影響を低減することを目的とする。
【解決手段】 レーザ干渉計と、前記レーザ干渉計からの光を反射するミラーとを用いてステージの位置を計測するステージ装置であって、前記ミラーの形状を算出するミラー形状算出手段と、前記ミラー形状算出手段からの出力に基づいて、前記ミラーの温度を調節する温度調節手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はレーザ干渉計を用いて位置計測を行うステージ装置、および該ステージ装置を用いた露光装置に関するものである。

露光装置において、レチクル（原版）を搭載したレチクルステージと、ウエハ（基板）を搭載したウエハステージの位置を計測するためにレーザ干渉計が用いられる。

レーザ干渉計を用いた位置計測の一例として、特許文献１では、ミラーがステージ上に設けられ、ステージ外部に設けられたレーザ干渉計からの計測光がミラーに照射される。そして、ミラーによって反射された計測光と、所定の距離を導光させた参照光とを干渉させて、この干渉光を検出器で検出することによって、ステージの位置は計測される。
特開２００２−３１９５４１号公報

上述のように、ステージの位置計測にレーザ干渉計を用いた場合、ミラーの表面加工精度や、ミラーの取り付け精度が、計測誤差の要因となってしまう。近年では、特に露光装置においてステージ装置に要求される精度はますます高まり、このような計測誤差を低減するためのさらなる工夫が望まれている。

本発明では、上述の課題に鑑みてなされたものであり、レーザ干渉計を用いて位置計測をするステージ装置において、計測誤差の影響を低減することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明ではレーザ干渉計と、前記レーザ干渉計からの光を反射するミラーとを用いてステージの位置を計測するステージ装置であって、前記ミラーの形状を算出するミラー形状算出手段と、前記ミラー形状算出手段からの出力に基づいて、前記ミラーの温度を調整する温度調節手段とを備えることを特徴としている。

また、露光装置の機差による計測誤差を補正するために、本発明においてミラーの形状を補正することで誤差を補正する。ミラー形状補正方法では、所定の方向に沿ってアライメントマークが形成されたウエハを用意する工程と、前記ウエハを露光装置に搭載する工程と、該露光装置で、レーザ干渉計の出力に基づいて前記所定の方向に移動させて前記アライメントマークを検出する工程と、前記アライメントマークの検出結果に基づいて、前記露光装置のミラー変形量を算出する工程と、前記算出されたミラー変形量に基づいて、前記ミラーを変形させる工程とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、レーザ干渉計を用いて位置計測をするステージ装置において、計測誤差の影響を低減することができる。

本発明の実施形態について説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものである。

＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１に係るステージ装置の概略を示す図である。以下の実施例では、露光装置においてウエハ（基板）を搭載するウエハステージに適用した例を説明するが、別の用途で用いられるステージ装置に適用してもよい。

図１において、ステージ装置２０はウエハチャック２１を搭載した微動ステージ１、微動ステージ１を搭載する粗動ステージ１４、粗動ステージ１４をＸ方向に貫通する梁１２、粗動ステージ１４をＹ方向に貫通する梁１３、梁１２をＹ方向に駆動するリニアモータ（不図示）、梁１３をＸ方向に駆動するリニアモータ（不図示）等を備える。ウエハはウエハチャック２１によって保持される。

梁１２はＹ方向への力を粗動ステージ１４に伝達するとともに、粗動ステージ１４がＸ方向に移動する際に案内をする。梁１３はＸ方向への力を粗動ステージ１４に伝達するとともに、粗動ステージ１４がＹ方向に移動する際に案内をする。粗動ステージと梁との間は非接触であることが好ましく、そのために気体軸受または電磁継手を設けうる。

粗動ステージ１４と微動ステージ１の間には、リニアモータ（不図示）が設けられる。このリニアモータによって、微動ステージ１は粗動ステージ１４に対してＺ方向に駆動することができる。リニアモータはＺ方向に駆動するものだけではなく、Ｘ方向、Ｙ方向、ωｘ方向（Ｘ軸回りの回転方向）、ωｙ方向（Ｙ軸回りの回転方向）、ωｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向）に駆動するものを設けてもよい。粗動ステージと微動ステージの間に設けられるリニアモータは、梁１２、１３を駆動するリニアモータに比べて、ストロークが小さい。

粗動ステージ１４と微動ステージ１の間には、粗動ステージ１４からの力を微動ステージ１に伝達する継手（不図示）が設けられる。粗動ステージ１４と微動ステージ１との間は非接触であることが好ましく、そのために電磁継手が用いられうる。

つぎに、ステージの位置計測について説明する。微動ステージ１の上面あるいは側面にはミラー２Ｘ、２Ｙ、２Ｚが設けられる。ミラー２Ｘは、Ｘ方向に垂直な反射面を備え、Ｙ方向に沿って設けられる。ミラー２Ｙは、Ｙ方向に垂直な反射面を備え、Ｘ方向に沿って設けられる。ミラー２Ｚは、Ｚ方向に垂直な反射面を備える。これらのミラーは微動ステージと一体に設けられていてもよい。

ステージ外部には計測光を上述のミラーに照射するレーザ干渉計３Ｘ、３Ｙ、３Ｚが配置される。不図示の光源から導光されるレーザ光は、レーザ干渉計内部のスプリッタによって計測光と参照光に分けられる。計測光はミラーに照射および反射され、その反射光は所定の距離だけ導光させた参照光と干渉させられる。この干渉光を不図示の検出器によって検出することによって、ステージ天板のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向における位置（実際にはミラー表面の位置）を計測する。計測された結果は、リニアモータを制御する制御器に入力され、微動ステージの位置はフィードバック制御される。

以下、ミラー近傍の詳細について説明をする。

図２は、図１のミラー２Ｘを拡大して示した図である。ここでミラー２Ｘについて説明するが、ミラー２Ｙ、２Ｚについても同様であるものとする。

ミラー２Ｘには、温度調節機構３０が設けられている。温度調節機構３０は、ミラーに沿って配置された複数のペルチェ素子４と、内部に流路５が設けられた部材３１などを備える。流路５には、不図示の配管等を介して温調された冷媒が循環される。ペルチェ素子４に通電する電流は、制御器７によって制御される。

このような構成により、ペルチェ素子４の加熱あるいは冷却作用により、ミラー２Ｘに微小な温度変化を与え、ミラー２Ｘを熱的に変形させる。つまりミラーをペルチェ素子によって加熱あるいは冷却して、ミラーを積極的に変形させることによって、ミラーの製造誤差や取り付け誤差等に起因する変形を補正（低減）するようにしている。

流路５には流入口と流出口に温度検出器（不図示）を備えており、流路内に流す冷媒の温度はこの温度検出器の検出結果をもとに制御される。ここで流路５はペルチェ素子４から放出される熱量を回収する役割を備える。なお図４のように排気経路１６を設けて、気体によって熱を排気するようにしてもよい。

ペルチェ素子４に流す電流は、ミラー形状算出器６の出力に基づいて制御される。ミラー形状算出器６がミラーの形状を算出する方法としては、例えば特開平０５−０１０７４８号公報に記載されている。ミラー２Ｙに対して計測光を２本照射して、ステージが回転しないようにリニアモータにサーボをかけた状態でステージをＹ方向に移動させながら、ミラー２Ｘに計測光を照射させて表面位置を計測することによって、ミラー２Ｘの形状を算出することができる。ミラー２Ｙについても同様である。ミラー２Ｚについては、ミラー２Ｙに対して計測光をＺ方向にずらして照射して、ステージが回転しないようにリニアモータにサーボをかけた状態でステージをＹ方向に移動させながら、ミラー２Ｚに計測光を照射させて表面位置を計測すればよい。

制御器７では、ミラー形状に基づいてペルチェ素子４に流すべき電流を制御し、所定の電流をペルチェ素子４に流す。ペルチェ素子に流す電流とミラー形状との関係（相関関係）は、例えば実験またはシミュレーションまたは演算によって予め求めて保持（記憶）手段に保持（記憶）しておく。

なお、図２においてペルチェ素子４とともにペルチェ素子４’が設けられているが、ペルチェ素子４’は省略してもよい。

また半導体製造プロセスにおいて、複数台の露光装置で重ね焼きを行ういわゆるミックス＆マッチ方式の露光がよく行われる。このように複数台の露光装置を用いた場合、すべての装置でミラー形状を同一とすることは加工精度の面でも困難であり、ステージ特性に機差が生じる（図７）。しかしながら、基準となる露光装置を選び、その装置で露光したウエハを基準にして、他の露光装置でもステージ特性が同等になるように、ミラーの変形制御を行えば、重ね焼き精度を向上させることができる。

以下、ミックス＆マッチ方式を用いたミラー形状の補正方法について説明する。図３にミラー変形制御のフローチャートを示す。複数台の露光装置から、基準となる露光装置を選び、その基準となる装置で露光したテスト用のウエハを基にして、他の露光装置でもステージ特性が同等になるようにミラーの変形制御を行う。以下、フローチャートを説明する。

基準となる露光装置にウエハを搭載する。所定の方向（Ｘ或いはＹ方向）にステージを移動させながら、ウエハに重ね合わせマークを任意の個数形成する。そのウエハをテスト用ウエハとして他の露光装置（以下、対象露光装置ということにする）に搭載する（ステップ１００）。基準となる露光装置と同様に所定の方向（Ｘ或いはＹ方向）にステージを移動させ、ウエハ上の重ね合わせマークをアライメントスコープで検出する（ステップ２００）。検出結果に基づいて重ね合わせマークの、ステージ走査に対する相対的な位置ずれ量を算出する（ステップ３００）。この位置ずれ量に基づいて、対象露光装置のミラーに必要な変形量を算出する（ステップ４００）。この変形量に基づいて、制御器７でペルチェ素子４に与えるべき温度変化を演算する（ステップ５００）。この温度変化に基づいて、予め求めた温度変化とペルチェ素子へ通電すべき電流値との関係に基づいて、電流をペルチェ素子に供給する（ステップ６００）。

このようなミラーの変形制御を行うことによって、各露光装置の機差によるする計測誤差の影響を低減することが可能となる。

なお、ミラーはステージに別途設けてもよく、ステージと一体的に設けてもよい。また、粗動ステージと微動ステージを備えているがそれぞれ分離していえる必要はなく、微動ステージが粗動ステージを兼用するものであってもよい。

＜実施例２＞
図５は本発明の実施例２に係るステージ装置を説明するための図である。

実施例２では、ミラーが微動ステージ上ではなく、ステージ外部に設けられている。ステージの駆動機構の構成については、実施例１と同様であるとして説明を省略する。

図５において、微動ステージ１上にレーザ干渉計３Ｘが設けられる。ベース１０には、ミラー支持部材（９、１１）を介してミラー２Ｘが設置されている。ミラー２Ｘには、温度調節機構３０が設けられている。温度調節機構３０は、ミラーに沿って配置された複数のペルチェ素子４と、内部に流路５が設けられた部材３１を備える。流路５には、不図示の配管等を介して温調された冷媒が循環される。ミラー支持部材は支柱９と脚部１１を備え、脚部１１には流路が設けられる。この流路に温調された冷媒を循環させることによって、ベースからミラーに伝わる熱による影響を抑えることができる。

ベース１０は、ステージが設置されるベースに限定されるものではなく、計測基準となりえるものであればよい。

ミラー２Ｘの形状を制御する方法は実施例１と同様であるとして、説明を省略する。また、ここではミラー２Ｘについて説明したが、ミラー２Ｙ、２Ｚについても同様である。

＜実施例３＞
図６は、本発明の実施例３に係るステージ装置の図である。

実施例３では、ミラーにペルチェ素子を配置するのではなく、微動ステージ１の裏面に温度調節機構を配置している点が実施例１と異なる。本実施例で説明しない構成については、実施例１と同様の構成であるものとする。

微動ステージはその加工精度や取り付け精度、自重等によって、歪が発生してしまう。このような微動ステージ１の歪に依存してミラーに変形が生じてしまい、特にミラーと微動ステージが一体化しているような場合には顕著である。したがって、本実施例ではペルチェ素子４によって微動ステージ１の熱変形を制御することによって、ミラーの変形を補正するようにしている。

図６において、微動ステージ１の裏面には、温度調節機構３０が設けられている。温度調節機構３０は、微動ステージ１の裏面に沿って配置された複数のペルチェ素子４と、内部に流路５が設けられた部材３１を備える。

微動ステージ１には、ミラー（２Ｘ、２Ｚ）が設けられ、レーザ干渉計（３Ｘ、３Ｚ）の計測値からミラー形状を算出し、算出された値にもとづいてペルチェ素子に流す電流値を決定する。ここで、ペルチェ素子に流す電流とミラー形状との関係については、実験やシミュレーションによって予め求めておく。

以上のように、実施例１〜３ではミラーの形状を算出するミラー形状算出手段と、該ミラー形状算出手段からの出力に基づいて、前記ミラーの温度を調整する温度調節手段とを備えている。つまり、これらの実施例では計測誤差を補正するために、ミラーの熱変形を利用してミラーを変形させている。

アクチュエータによって複数の棒を押しつけてミラーを変形させた場合には、棒の先端形状によって不要な変形を引き起こすおそれがある。しかしながら、実施例１〜３のように熱変形を利用した場合にはこのような問題がなく、計測誤差の影響を効果的に補正することができる。

また実施例１〜３では、テスト用ウエハに形成されたアライメントマークを利用してミラーの形状を算出している。これにより、複数の露光装置がそれぞれ有するステージ特性に起因する計測誤差の影響を低減することができる。このとき、熱変形を利用してミラーを変形させることが好ましいが、機差による影響を低減する目的のためには、これにかぎるものではない。つまり、アクチュエータを用いてもよい。

＜ステージ装置を用いた露光装置の例＞
以下、実施例１〜３におけるステージ装置が適用される例示的な露光装置を説明する。露光装置は図８に示すように、照明装置１０１、レチクルを搭載したレチクルステージ１０２、投影光学系１０３、ウエハを搭載したウエハステージ１０４とを有する。露光装置は、レチクルに形成された回路パターンをウエハに投影露光するものであり、ステップアンドリピート投影露光方式またはステップアンドスキャン投影露光方式であってもよい。

照明装置１０１は回路パターンが形成されたレチクルを照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、例えば、光源としてレーザを使用する。レーザは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長約１５３ｎｍのＦ２エキシマレーザなどを使用することができるが、レーザの種類はエキシマレーザに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザを使用してもよいし、そのレーザの個数も限定されない。光源にレーザが使用される場合、レーザ光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザ光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部に使用可能な光源はレーザに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

照明光学系はマスクを照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。

投影光学系１０３は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子を少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。

レチクルステージ１０２およびウエハステージ１０４は、たとえばリニアモータによって移動可能である。ステップアンドスキャン投影露光方式の場合には、それぞれのステージは同期して移動する。また、レチクルのパターンをウエハ上に位置合わせするためにウエハステージおよびレチクルステージの少なくともいずれかに別途アクチュエータを備える。

実施例１〜３に記載のステージ装置は上述のウエハステージおよびレチクルステージの少なくとも一方に適用され、ウエハまたはレチクルを位置決めするために用いられる。このような露光装置により、高精度な露光が可能となる。

このような露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用されうる。

次に、図９及び図１０を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の例を説明する。図９は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。

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。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、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。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４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、それが出荷（ステップＳ７）される。

図１０は、ステップ４の上はプロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップＳ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップＳ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップＳ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。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が形成される。

本発明の一実施形態に係るステージ装置の概略を示す斜視図である。 図１のステージ装置におけるミラー形状制御系の概略図である。 ミラー変形制御系のフロー図です。 ペルチェ素子の排熱手段を示す図である。 本発明の第二の実施形態に係るステージ装置の概略を示す図である。 本発明の第三の実施形態に係るステージ装置の概略を示す図である。 装置間のミラー形状の曲がりを示す図である。 露光装置を説明する概略図である。 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図９に示すステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１ ステージ天板
２，２ｘ，２ｙ，２ｚ ミラー
３，３ｘ，３ｙ，３ｚ レーザ干渉計
４ ペルチェ素子
５ 流路
６ ミラー形状算出系
７ 温度制御系
８ 外部入力インターフェース
９ 支柱
１０ ベース
１１ 脚部
１２ Ｘスライダー
１３ Ｙスライダー
１４ ステージ
１５ ミラー保持部材
１６ 熱排気経路
１７ 鏡筒定盤
１８ 鏡筒
１９ ステージ定盤
２０ ステージ装置
２１ ウエハチャック
３０ 温度調節機構
３１ 部材
１０１ 照明装置
１０２ レチクルステージ
１０３ 投影光学系
１０４ ウエハステージ

Claims (14)

1. レーザ干渉計と、前記レーザ干渉計からの光を反射するミラーとを用いてステージの位置を計測するステージ装置であって、
   前記ミラーの形状を算出するミラー形状算出手段と、
   前記ミラー形状算出手段からの出力に基づいて、前記ミラーの温度を調節する温度調節手段とを備えることを特徴とするステージ装置。
2. 前記温度調節手段はミラーに沿って設けられた複数のペルチェ素子と、前記複数のペルチェ素子に通電する電流を制御する制御器と、前記ペルチェ素子からの熱を回収する回収手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記温度調節手段は前記ステージの裏面に沿って設けられた複数のペルチェ素子と、前記複数のペルチェ素子に通電する電流を制御する制御器と、前記ペルチェ素子からの熱を回収する回収手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
4. 前記制御器は、前記ミラーの変形量と通電すべき電流との相関情報を保持する保持手段を備え、前記ミラー形状算出手段の出力と前記相関情報に基づいて前記複数のペルチェ素子に通電する電流を制御することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のステージ装置。
5. 前記制御器は前記複数のペルチェ素子の各々で独立に電流を制御することを特徴とする請求項２〜４の少なくともいずれかに記載のステージ装置。
6. 前記回収手段は前記ペルチェ素子からの熱を回収するための冷媒を循環させる配管と、前記冷媒の温度を調節する冷媒温度調節手段とを備えることを特徴とする請求項２〜５の少なくともいずれかに記載のステージ装置。
7. 前記ミラーはステージ上に設けられることを特徴とする請求項１〜６の少なくともいずれかに記載のステージ装置。
8. 原版に描かれたパターンを基板に露光する露光装置であって、請求項１〜７の少なくともいずれかに記載のステージ装置を用いて原版および基板の少なくとも一方の位置決めを行うことを特徴とする露光装置。
9. 前記ミラー形状算出手段は、基板または原版に形成されたアライメントマークを検出することによって前記ミラーの形状を算出することを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
10. 請求項８または９に記載の露光装置を用いてウエハを露光する工程と、
    前記ウエハを現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。
11. レーザ干渉計と、前記レーザ干渉計からの光を反射するミラーとを用いてステージの位置を計測するステージ装置におけるミラー形状補正方法であって、
    前記ミラーの形状を算出する工程と、
    前記算出された形状に基づいて、前記ミラーの熱変形を利用して前記ミラーを変形させる工程とを備えることを特徴とするミラー形状補正方法。
12. レーザ干渉計と、前記レーザ干渉計からの光を反射するミラーとを用いてステージの位置を計測するステージ装置を備えた露光装置におけるミラー形状補正方法であって、
    所定の方向に沿ってアライメントマークが形成されたウエハを用意する工程と、
    前記ウエハを露光装置に搭載する工程と、
    該露光装置で、レーザ干渉計の出力に基づいて前記所定の方向に移動させて前記アライメントマークを検出する工程と、
    前記アライメントマークの検出結果に基づいて、前記露光装置のミラー変形量を算出する工程と、
    前記算出されたミラー変形量に基づいて、前記ミラーを変形させる工程と、
    を備えることを特徴とするミラー形状補正方法。
13. 前記ウエハを用意する工程は、第２の露光装置で第２のレーザ干渉計の出力に基づいて、前記所定の方向に移動させて前記アライメントマークをウエハに形成する工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載のミラー形状補正方法。
14. 前記ミラーを変形させる工程は、前記ミラーの熱変形を利用して前記ミラーを変形させることを特徴とする請求項１２または１３に記載のミラー形状補正方法。

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