JP2008151542A - ステージ装置、制御システム、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体計測用干渉計の測定精度を向上させること。
【解決手段】ステージ装置１０１は、ステージ１０の位置又は姿勢を計測するＸ軸レーザ干渉計２及びＹ軸レーザ干渉計３と、Ｘ軸レーザ干渉計２及びＹ軸レーザ干渉計３のレーザビームの波長変化を補償する波長補償器１と、温度制御された気体を供給する温調器１２に接続され、Ｘ軸レーザ干渉計２の光軸及びＹ軸レーザ干渉計３の光軸に前記温度制御された気体を供給するための送風ダクト１４ｘ、１４ｙと、温調器１２に接続され、波長補償器１に前記温度制御された気体を供給するための送風ダクト１４ｃと、を備える。前記温度制御された気体が送風ダクト１４ｘ、１４ｙを経由して温調器１２からＸ軸レーザ干渉計２の光軸及びＹ軸レーザ干渉計３の光軸に到達するまでの時間と、前記温度制御された気体が送風ダクト１４ｃを経由して温調器１２から波長補償器１に到達するまでの時間と、は同一である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステージ装置、制御システム、露光装置及びデバイス製造方法に関し、特に、レーザ干渉計を利用した技術に関する。

従来、ステージなどの移動体の座標を測定するために、ヘリウム−ネオン（Ｈｅ-Ｎｅ）などのレーザを光源としたレーザ干渉計が用いられている。レーザ干渉計は、精密な測長が可能であるため、移動体の精密制御に適しているからである。レーザ干渉計から射出したレーザビームは、雰囲気（気体）の屈折率によって光路波長が変化しうる。そのため、レーザビームの光路波長の変化を補償する必要がある。

このような補償を行う波長補償器としては、気圧・温度・湿度をセンサで検出して間接的に波長変化量を算出するものや、専用の干渉計を別途用意して波長変化量を直接検出するものが提案されている（特許文献１を参照）。
特開平２０００−３３１９０４号公報

しかしながら、移動体の座標を測定するためのレーザ干渉計（以下「移動体計測用干渉計」という。）の光路近傍に波長補償器を設置することは一般的に困難である。そのため、波長補償器は、移動体計測用干渉計とは異なる場所に配置される。波長補償器が移動体計測用干渉計とは異なる場所に配置されると、これに伴って波長補償器用の空調器も移動体計測用干渉計用の空調器とは別に設置される場合が多く、両者の空調環境に違いが生じうる。これによって、波長補償器に誤差が生じて、移動体計測用干渉計の測定精度が劣化するという問題があった。

また、空調器により調整された気体は、その温度・気圧・湿度等が時間に対して周期的に変化しうる。このような周期的な変化は微小であるため、制御系の補償器により除去することが難しい。気体の温度・気圧・湿度等が変化すると、その屈折率が変化して、移動体計測用干渉計のレーザビームの光路波長を変動させうる。その結果、移動体計測用干渉計の測定精度が劣化するという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ステージの位置又は姿勢を計測するレーザ干渉計の測定精度を向上させることを目的とする。

本発明の第１の側面は、ステージ装置に係り、ステージの位置又は姿勢を計測するレーザ干渉計と、前記レーザ干渉計のレーザビームの波長変化を補償する波長補償器と、温度制御された気体を供給する空調器に接続され、前記レーザ干渉計の光軸に前記温度制御された気体を供給するための第１のダクトと、前記空調器に接続され、前記波長補償器に前記温度制御された気体を供給するための第２のダクトと、を備え、前記温度制御された気体が前記第１のダクトを経由して前記空調器から前記レーザ干渉計の光軸に到達するまでの時間と、前記温度制御された気体が前記第２のダクトを経由して前記空調器から前記波長補償器に到達するまでの時間と、が同一であることを特徴とする。

本発明の第２の側面は、制御システムに係り、上記のステージ装置と、前記レーザ干渉計及び前記波長補償器のそれぞれの出力に基づいて、前記ステージ装置を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の第３の側面は、露光装置に係り、原版のパターンを基板に投影するための光学系と、前記基板または前記原版をステージに保持し位置決めを行う上記の制御システムと、を備えることを特徴とする。

本発明の第４の側面は、デバイス製造方法に係り、上記の露光装置を用いて潜像パターンが形成された基板を製造する工程と、前記潜像パターンを現像する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、ステージの位置又は姿勢を計測するレーザ干渉計の測定精度を向上させることができる。

［第１の実施形態］
以下、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の好適な実施の形態に係る制御システムを概略的に示すブロック図である。制御システム１００は、ウエハなどの基板１１を載せたステージ１０を駆動して位置決めし、露光処理を行うためのステージ装置１０１と、ステージ装置１０１を制御するための制御装置１０２と、を備える。ステージ装置１０１は、ステージ１０、Ｘ軸レーザ干渉計２、Ｙ軸レーザ干渉計３、電流アンプ７及び波長補償器１で構成される。制御装置１０２は、ステージ位置計測器４、ＣＰＵ５及びステージ制御器６で構成される。

ステージ１０の位置又は姿勢は、Ｘ軸方向測長用のＸ軸レーザ干渉計２とＹ軸方向測長用のＹ軸レーザ干渉計３とにより計測される。Ｘ軸レーザ干渉計２は、反射ミラー８に向けてレーザビームを射出し、反射されたレーザビームを計測する。Ｙ軸レーザ干渉計３は、反射ミラー９に向けてレーザビームを射出し、反射されたレーザビームを計測する。波長補償器１は、Ｘ軸レーザ干渉計２及びＹ軸レーザ干渉計３のレーザビームが通る雰囲気（気体）の波長変化を計測する。波長補償器１は、雰囲気の波長変化を直接計測する補償用レーザ干渉計を備えてもよいし、雰囲気の温度・気圧・湿度等を計測するセンサを備え、その計測結果に基づいて雰囲気の波長変化を算出するように構成されてもよい。ステージ位置計測器４は、波長補償器１からの出力に基づいて、雰囲気の波長を補正し、その結果をステージ制御器６に出力する。ステージ制御器６は、ステージ位置計測器４での補正結果に基づいて、電流アンプ７に駆動指令を出力する。電流アンプ７は、ステージ制御器６から駆動指令を受けると、これに対応した電流をステージ１０の駆動部（不図示）に提供して、駆動指令に応じた位置にステージ１０を駆動する。なお、制御システム全体は、ＣＰＵ５により制御される。

Ｘ軸レーザ干渉計２の近傍の領域Ｐｘ、Ｙ軸レーザ干渉計３の近傍の領域Ｐｙ及び波長補償器１の近傍の領域Ｐｃの上方には、図２に示すように精密に空調された気体を吹き出すための空調吹き出し口が配置されている。

図２は、図１のステージ装置１０１に配置された空調の構成を概略的に示す斜視図である。温調器１２により温度制御された気体は、送風機１３により送風ダクト１４ｘ、１４ｙ、１４ｃを経由して、Ｘ軸レーザ干渉計２及びＹ軸レーザ干渉計３並びに波長補償器１の近傍に供給される。送風ダクト１４ｘは、図１の領域Ｐｘの上方に配置された気圧室１５ｘに接続され、温調器１２により温度制御された気体を領域Ｐｘに導くよう構成されている。また、送風ダクト１４ｙは、図１の領域Ｐｙの上方に配置された気圧室１５ｙに接続され、温調器１２により温度制御された気体を領域Ｐｙに導くよう構成されている。また、送風ダクト１４ｃは、図１の領域Ｐｃの上方に配置された気圧室１５ｃに接続され、温調器１２により温度制御された気体を領域Ｐｃに導くよう構成されている。気圧室１５ｘ、１５ｙ、１５ｃにおける空調吹き出し口は、空調の温度変動を抑制することを目的とした熱容量の大きな気流細分化部材１６ｘ、１６ｙ、１６ｃや、整流作用のあるフィルタ２０ｘ、２０ｙ、２０ｃにより構成され、整流されることが好ましい。フィルタ２０ｘ、２０ｙ、２０ｃ等により構成された空調吹き出し口から、層流化された状態で、気体がＸ軸レーザ干渉計２の光軸及びＹ軸レーザ干渉計３の光軸並びに波長補償器１に吹き流される。

本実施形態では、温調器１２により温度制御された気体が温調器１２からＸ軸レーザ干渉計２及びＹ軸レーザ干渉計３並びに波長補償器１まで導かれる時間が、同一になるように流速が調整されている。具体的には、送風ダクト１４ｘにバルブ１７ｘが設けられ、その流速Ｖｘが調整されるよう構成されている。温調器１２から気圧室１５ｘの空調吹き出し口までの距離をｌｘとすると、温調器１２により温度制御された気体が温調器１２からＸ軸レーザ干渉計２まで導かれる時間ｔｘは、ｌｘ／Ｖｘに調整される。また、送風ダクト１４ｙには、バルブ１７ｙが設けられ、その流速Ｖｙが調整されるよう構成されている。温調器１２から気圧室１５ｙの空調吹き出し口までの距離をｌｙとすると、温調器１２により温度制御された気体が温調器１２からＹ軸レーザ干渉計３まで導かれる時間ｔｙは、ｌｙ／Ｖｙに調整される。また、送風ダクト１４ｃには、バルブ１７ｃが設けられ、その流速Ｖｃが調整されるよう構成されている。温調器１２から気圧室１５ｃの空調吹き出し口までの距離をｌｃとすると、温調器１２により温度制御された気体が温調器１２から波長補償器１まで導かれる時間ｔｃは、ｌｃ／Ｖｃに調整される。

以上のように、本実施形態によれば、温調器１２により温度制御された気体の流速Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚを調整することによって、その気体が温調器１２から波長補償器１まで導かれる時間ｔｘ、ｔｙ及びｔｃが実質的に同一となるように調整することができる。これによって、温調器１２の周期的な温度変動によるＸ軸レーザ干渉計２及びＹ軸レーザ干渉計３の光軸上及び波長補償器１上の気体の屈折率の時間変化を、一様にすることができる。

なお、波長補償器１は、一般的には、補償用レーザ干渉計を組み合わせて波長変化量を直接検出できるよう構成されるが、温度センサ・湿度センサ・気圧センサなどと組み合わせて、間接的に波長変化量を算出するよう構成されてもよい。

また、上述した時間ｔｘ、ｔｙ、ｔｃは、バルブ１７ｘ、１７ｙ、１７ｃにより調整されるものに限定されない。ダクト内の流速（風速）Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｃはダクトの径や断面形状によりほぼ決まる。この風速に応じてｔｘ、ｔｙ、ｔｃが同一となるようにダクト１４ｘ、１４ｙ、１４ｃの長さや空調吹き出し口の長さを調節してもよい。例えば、送風ダクトの径が小さい場合は圧力損失が大きくなり、送風ダクト内の風速は小さくなる。このような場合には、送風ダクトを短く設定すべきである。逆に、送風ダクトの径が大きい場合には、送風ダクトを長く設定すべきである。

また、本実施形態では、空調器の一例として温調器を示したが、これに限定されず、湿度調整器や気圧調整器、送風機など、気体の状態に関して時間変化を生じさせるものであればよい。すなわち、本実施形態は、気体の状態を時間的に変化させる任意のものを空調器として含み、それらの空調器の中で最も影響度の高い空調器から、各移動体計測用干渉計の光軸及び波長補償器まで気体が達する時間が同一になるように構成されればよい。

［第２の実施形態］
図３は、本発明の好適な第２の実施形態に係るステージ装置の構成を概略的に示す断面図である。本実施形態では、各空調吹き出し口のフィルタ２０ｘ、２０ｙから各干渉計の光軸Ｌｘ、（Ｌｙは不図示）までの距離（間隔）Ｄｘ、（Ｄｙは不図示）及び波長補償器１までの距離（Ｄｃ１又はＤｃ２）をほぼ一様にする。吹き出し口近傍の気体は、微小な渦が発生することにより、時間的な圧力変動、温度変動等が生じることがある。そのため、吹き出し口は、第１の実施形態の空調器と同等の働きをしている。本実施形態では、この吹き出し口により気体状態の変動要因が大きい場合を想定して、吹き出し口と各干渉計の光軸（Ｌｘ、Ｌｙ）との距離と、吹き出し口と波長補償器１との距離とを揃える構成を示している。

一例として、波長補償器１の補償用レーザ干渉計の光軸が複数ある場合を例に挙げる。ここで、空調吹き出し口から波長補償器の光軸Ｌｃ１、Ｌｃ２までの距離Ｄ_ｃ１、Ｄ_ｃ２とする。この場合、空調吹き出し口からＸ軸レーザ干渉計の光軸及びＹ軸レーザ干渉計の光軸までの距離Ｄ_ｘ、Ｄ_ｙとが、数式１及び数式２の関係を満たすようにすればよい。

Ｄ_ｃ１≦Ｄ_ｘ≦Ｄ_ｃ２ … （数式１）
Ｄ_ｃ１≦Ｄ_ｙ≦Ｄ_ｃ２ … （数式２）
このような構成により、移動体計測用干渉計の測定精度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、ステージのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置計測を行う干渉計の光軸周辺に、上記の関係を満たす空調を施しているが、ステージのＺ方向の位置制御を行う干渉計の光軸などにも同様の空調を施すことが好ましい。

以上のように、本実施形態によれば、各干渉計の光軸Ｌｘ、Ｌｙ上及び波長補償器１での気体の主に気圧変動による屈折率の時間変化をほぼ一様にすることができ、高精度にレーザ干渉計の波長補償を行うことができる。

また、図４に示すようにθ方向やＴｉｌｔ（チルト）方向の回転計測は、複数の光軸を持つ３軸干渉計１９を用いて計測される。この際、空調吹き出し口から全ての光軸までの距離を揃えることは困難である。ここで、空調吹き出し口から波長補償器１の補償用レーザ干渉計の光軸Ｌｃ１、Ｌｃ２までの距離の平均値をＤ_ｃ、空調吹き出し口から３軸干渉計１９の光軸Ｌ１、Ｌ２までの距離をＤ_１、Ｄ_２とする。この場合、数式３の関係を満たすようにすればよい。

Ｄ_１≦Ｄ_ｃ≦Ｄ_２ … （数式３）
このような構成により、移動体計測用干渉計の測定精度を向上させることができる。

なお、前記空調吹き出し口は、空調の温度変動を抑制することを目的とした熱容量の大きな気流細分化部材１６ｘ、１６ｃや、整流作用のあるフィルタ２０ｘ、２０ｃにより構成され、整流されていることが好ましい。本発明では、これら吹き出し口を構成する部材からの各干渉計の光軸及び波長補償器までの距離をほぼ一様にすることにより、主に気圧変動によると考えられる各干渉計の光軸上と波長補償器との屈折率変動を一様にしている。

また、第１の実施形態と同様に、波長補償器１は干渉計を使用したものだけではなく、温度・湿度・気圧センサ等により構成されたものであってもよい。

［第３の実施形態］
図５は、本発明の好適な第３の実施形態に係るステージ装置の構成を概略的に示す斜視図である。本実施形態では、波長補償器の補償用レーザ干渉計２２及び反射ミラー２３は、Ｘ軸レーザ干渉計２の光軸Ｌｘに施された空調吹き出し口を構成する部材２１ｘによって支持されている。このような構成により、波長補償器１の空調に必要なスペースを省略することができ、かつ、波長変動を精度よく補償することができる。

なお、本実施形態における空調吹き出し口は、熱容量の大きな気流細分化部材や、整流作用のあるフィルタ及びこれらを支持・固定する部材により構成されるものとする。

また、本実施形態では、波長補償器１の補償用レーザ干渉計２２及び反射ミラー２３は、Ｘ軸方向における部材２１ｘによって支持されているが、Ｙ軸、Ｚ軸、更には回転計測を行う干渉計に施す空調の吹き出し口に配置された部材により支持されてもよい。

また、本実施形態では、Ｘ軸レーザ干渉計２の光軸と波長補償器の補償用レーザ干渉計２２の光軸とがほぼ平行になっているが、垂直になるように構成してもよい。これにより、Ｘ軸レーザ干渉計２と波長補償器の補償用レーザ干渉計２２との干渉が減少するとともに、Ｘ方向における気圧室１５ｘを短くとることができ、より省スペースを実現することができる。

以上説明したように、本発明によれば、温調器により温度制御された気体が温調器から各レーザ干渉計及び波長補償器まで導かれるまでにかかる時間を同一にすることによって、波長補償器による波長補償を高精度に行うことができる。なお、第１〜第３の実施形態では、１つのステージで構成されたステージ装置を例示的に示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ツインステージのように２つのステージで構成されたステージ装置においても、本発明は適用されうる。この場合、温調器から２つのステージに設けられた各補償器のそれぞれに到達するまでの時間を同一にすることによって、波長変動を精度よく補償することができる。なお、本発明において、時間が「同一」であるものには、時間が完全に同一となるものはもちろん、時間がほぼ同一となるものも含まれる。例えば、第２の実施形態のように、温調器から光軸までの距離がずれる場合、温調器から供給される気体の経時的な変化に比べると、そのずれは微小であり、ほとんど無視できるからである。その他、設計上の誤差等で温調器から光軸までの距離がずれる場合も、本発明の趣旨を逸脱しない限り、本発明の技術的範囲に含まれる。

なお、本発明の好適な実施形態に係る制御システムは、半導体デバイスの製造プロセスに用いられる露光装置に適用することができる。このような露光装置は、原版のパターンを基板に投影するための照明光学系と、本発明の好適なの実施形態に係る制御システムとで主に構成される。照明光学系から出た光は原版であるレチクル上に照射される。レチクルはレチクルステージ上に保持され、レチクルのパターンは、縮小投影レンズの倍率で縮小投影される。露光対象の試料である基板表面には、レジストが塗布されており、露光工程で形成されたショットが配列されている。図１に示すように、制御対象としての基板１１は、ステージ１０上に載置される。ステージ１０は、基板１１を固定するチャック、Ｘ軸方向とＹ軸方向に各々水平移動可能な駆動器としてのＸＹステージ等を含む。ステージ１０の位置情報は、ステージ１０に固着された反射ミラー８、９に対して、Ｘ軸レーザ干渉計２及びＹ軸レーザ干渉計３により計測される。

［応用例］
次に、本発明の好適な実施の形態に係る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６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（原版又はレチクルともいう）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（基板ともいう）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、上述の露光装置によりリソグラフィー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、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。すなわち、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を有する。また、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置を用いて、レジスト処理ステップ後のウエハを、マスクのパターンを介して露光する。そして、レジストに潜像パターンを形成する露光ステップ、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を有する。さらに、現像ステップで現像した潜像パターン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を有する。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。

本発明の好適な実施の形態に係る制御システムを概略的に示すブロック図である。 図１のステージ装置に配置された空調の構成を概略的に示す斜視図である。 本発明の好適な第２の実施形態に係るステージ装置の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の好適な第２の実施形態に係るステージ装置の他の構成を概略的に示す断面図である。 本本発明の好適な第３の実施形態に係るステージ装置の構成を概略的に示す斜視図である。 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

１０１ ステージ装置
２ Ｘ軸レーザ干渉計
３ Ｙ軸レーザ干渉計
１ 波長補償器
１０ ステージ
１２ 温調器
１４ｘ、１４ｙ、１４ｃ 送風ダクト

Claims (9)

1. ステージの位置又は姿勢を計測するレーザ干渉計と、
   前記レーザ干渉計のレーザビームの波長変化を補償する波長補償器と、
   温度制御された気体を供給する空調器に接続され、前記レーザ干渉計の光軸に前記温度制御された気体を供給するための第１のダクトと、
   前記空調器に接続され、前記波長補償器に前記温度制御された気体を供給するための第２のダクトと、
   を備え、
   前記温度制御された気体が前記第１のダクトを経由して前記空調器から前記レーザ干渉計の光軸に到達するまでの時間と、前記温度制御された気体が前記第２のダクトを経由して前記空調器から前記波長補償器に到達するまでの時間と、が同一であることを特徴とするステージ装置。
2. 前記第１のダクトには、前記温度制御された気体の流速を調整する第１の調整バルブが配置され、
   前記第２のダクトには、前記温度制御された気体の流速を調整する第２の調整バルブが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記第１のダクトを通る前記温度制御された気体の流速と、前記第２のダクトを通る前記温度制御された気体の流速と、は同一であり、
   前記第１のダクトの長さと、前記第２のダクトの長さと、は同一であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステージ装置。
4. 前記第１のダクトの吹き出し口に第１の気圧室が接続され、
   前記第２のダクトの吹き出し口に第２の気圧室が接続され、
   前記第１の気圧室と前記レーザ干渉計の光軸との間隔は、前記第２の気圧室と前記波長補償器との間隔と、同一であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のステージ装置。
5. 前記波長補償器は、前記波長変化を補償するための補償用レーザ干渉計を備え、
   前記第１の気圧室と前記レーザ干渉計の光軸との間隔は、前記第２の気圧室と前記補償用レーザ干渉計の光軸との間隔と、同一であることを特徴とする請求項４に記載のステージ装置。
6. 前記補償用レーザ干渉計は、前記第１の気圧室及び前記第２の気圧室のいずれか一方の近傍に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のステージ装置。
7. 請求項１乃至請求項６に記載のステージ装置と、
   前記レーザ干渉計及び前記波長補償器のそれぞれの出力に基づいて、前記ステージ装置を制御する制御装置と、
   を備えることを特徴とする制御システム。
8. 原版のパターンを基板に投影するための光学系と、
   前記基板または前記原版をステージに保持し位置決めを行う請求項７に記載の制御システムと、
   を備え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潜像パターンが形成された基板を製造する工程と、
   前記潜像パターンを現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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