JP2008270491A - ステージ装置、露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステージの加減速によって発生するるステージの変形に起因する、ステージに保持される物品の変形を低減する。
【解決手段】 本発明は、ステージを有し、ステージを少なくとも第１方向に移動させるステージ装置であって、第１方向に延びるようにステージに固定された保持部を備える。保持部は、物品を保持する保持面を有する第１部分と、第１部分とステージとの間に配置された第２部分とを含み、第１方向における第２部分の長さは第１部分の長さ未満である。
【選択図】図５ａ

Description

本発明は、例えば露光装置においてレチクル（原版）を保持するステージ装置に関する。

半導体のデバイスを製造するための露光装置は、原版としてのレチクル（マスク）及び基板としてのウエハを位置決めするためのレチクルステージ及びウエハステージを有する。このようなステージ装置（位置決め装置）において高精度な位置決めを達成するために、大ストロークで移動する粗動ステージと、小ストロークで移動する微動ステージとを設ける方法が特許文献１、非特許文献１に開示されている。

図８は、特許文献１に記載の粗動と微動の機構を有するステージ装置を示す図である。大ストロークに移動する送りネジ系の可動部３１１に連結された支持枠３０６（粗動ステージ）は平面ガイド３０２上で移動可能となっている。支持枠３０６には、小ストローク移動用のリニアモータ固定子３０５が設けられており、リニアモータ可動子３０４が設けられたステージ３０１（微動ステージ）との間で力を発生することで、ステージ３０１を支持枠３０６に対して微小に移動可能としている。

支持枠３０６にはさらにステージ３０１をＹ軸方向で挟み込むように一対の電磁石３０８が設けられており、ステージ３０１に設けられた磁性体板３０７との間で吸引力を発生することで電磁継手として機能している。支持枠３０６が大加速度で加減速する際には、一対の電磁石３０８のうち片方の吸引力を用いてステージ３０１に力を伝達している。

図３は、微動ステージ２０２における加減速変形を説明する図である。図３ａは加減速前の微動ステージ２０２の様子を示し、図３ｂは−Ｙ方向に粗動ステージ２０３が加減速を伴う移動を行った際に、微動ステージ２０２に−Ｙ方向に力を付与する様子を示している。図において力の付与に関与していない電磁石は省略している。微動ステージ２０２は、前記の力を受けることで主にＹ軸方向に伸びる変形をする。

図４は、図３において、微動ステージ２０２内に設けられたレチクル保持部２０８にレチクル２０１が保持位置決めされている状態で、図３におけるスキャン方向断面（Ａ−Ａ断面）を説明する図である。レチクル２０１には、微動ステージ２０２の加減速時の変形が、レチクル保持部２０８を介して変形が伝わっていた。レチクル２０１に微動ステージ２０２の加減速時の変形が伝わることで、レチクル２０１は高精度な位置決めが達成できなくなる。またレチクル２０１が歪む結果、描画されたレチクルパターンを正確にシリコンウエハ上に転写することが困難であった。
特開２０００−１０６３４４号公報 小林昭監修、『超精密生産体系 第３巻 計測・制御技術』、初版、１９９５年７月１５日フジ・テクノシステム発行、ｐ．２０〜２７

近年、ステージ装置は更なる高精度化が求められるようになってきた。例えば、図３では電磁継手は吸引力により力を伝達しているが、微動ステージを一方向の片側から大きな力で引っ張ると、微動ステージが変形し、微動ステージに保持されているレチクル（マスク）も変形してしまう。これらの変形は、特にナノメートルオーダの位置再現性や許容変形量が要求される露光装置用のステージ装置では、大きな問題となる。

本発明は、ステージの加減速によって発生するるステージの変形に起因する、ステージに保持される物品の変形を低減することを目的とする。

本発明は、ステージを有し、ステージを少なくとも第１方向に移動させるステージ装置であって、第１方向に延びるようにステージに固定された保持部を備え、保持部は、物品を保持する保持面を有する第１部分と、第１部分とステージとの間に配置された第２部分とを含み、第１方向における第２部分の長さは第１部分の長さ未満であることを特徴とする。

本発明によれば、ステージの加減速によって発生するステージの変形に起因する、ステージに保持される物品の変形を低減することができる。

［ステージ装置の実施形態］
図１は、本発明に係るステージ装置の一例を露光装置の原版ステージ（レチクルステージ）に適用した実施形態の装置全体を示す図である。照明光学系１で、露光光を光源から導出し成形均一な露光光とする。レチクルステージ２に原版（レチクル）を搭載し、露光光に対して原版（レチクル）をスキャン露光させる。投影光学系３で原版（レチクル）上のパターンをシリコン基板より成るウエハ上に投影転写する。ウエハステージ４は、シリコン基板であるウエハを搭載し、レチクルステージ２と同期して露光光に対してスキャン移動露光する。露光装置本体５は、レチクルステージ２、投影光学系３、ウエハステージ４等を支持する。原版（レチクル）６には、投影パターンが形成されている。

図２は本実施形態に係るレチクルステージを示す図である。レチクルステージ２は粗動ステージ２０３及び微動ステージ２０２を有し得る。粗動ステージ２０３は定盤２０４の上面で移動可能に支持されており、粗動用リニアモータ２０６によって走査方向としてのＹ軸方向に大ストロークで移動可能となっている。粗動用リニアモータ２０６は、ベースに支持されたコイルユニット（不図示）からなる固定子２０６ａと、粗動ステージ２０３に固定された磁石ユニットからなる可動子２０６ｂを有する。そして、固定子２０６ａと可動子２０６ｂとの間でローレンツ力を発生させることで粗動ステージ２０３を駆動する。なお、粗動ステージの駆動機構はリニアモータに限るものではなく、その他の駆動機構であってもよい。

粗動ステージ２０３は中央部に露光光を通過させるための開口部２１０を有している。開口部２１０にはレチクル２０１を搭載した微動ステージ２０２が設けられており、微動ステージ２０２は粗動ステージ２０３から不図示のバネ機構によって低剛性に支持されている。微動ステージ２０２と粗動ステージ２０３との間には、微動用リニアモータ２０５及び電磁継手２０７が設けられている。微動用リニアモータ２０５により、微動ステージ２０２は粗動ステージ２０３に対して微小に移動することができる。微動用リニアモータ２０５は、従来例で挙げたような、コイルと磁石との間のローレンツ力により非接触で駆動するものであり、Ｘ方向、Ｙ（走査）方向、Ｚ（鉛直）方向の３軸方向に微小に駆動できるように配置され得る。微動用リニアモータ２０５は、さらにＸ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回り方向の３軸を加えた６軸方向に微小に駆動できるようにも配置され得る。これらの軸数及び軸方向は要求される精度及びスペース等の設計事項により自由に変更されてもよい。また、微動ステージ２０２の３軸方向又は６軸方向における位置はレーザ干渉計２１１によって計測されている。

電磁継手２０７は、例えば、微動ステージ２０２に設けられた磁性体であるＩコア２０７ａ、粗動ステージ２０３に設けられた磁性体であるＥコア２０７ｂ及びＥコア２０７ｂに巻かれた電磁継手コイル２０９を有する。

レチクル保持部２０８は、微動ステージ２０２に設けられ、微動ステージ２０２と同材質又は異なる材質である。その材質は弾性変形可能な部材である。ここで、弾性変形可能な部材は、一般的に弾性材とされる金属材料や樹脂材料や、一般的に脆性材とされるガラスやセラミックのような材料を含む。

レチクル保持部２０８は、レチクル２０１の保持位置決めをする為の吸引手段と、レチクル２０１の位置決め計測手段である計測光透過孔を有する。具体的には、不図示の発光手段からの光が上方からレチクル２０１に照射され、レチクル２０１に設けられたマークを透過し、計測光通過孔を通過し、微動ステージ２０２の下方に設けられた受光手段に入る。受光手段はカメラセンサ等を備えており、これによりレチクル２０１と受光手段との相対位置を検出することができる。さらに、ステージ側に設けられた基準マークが受光手段の検出範囲に入るようにステージを移動させ、基準マークと受光手段との相対位置を検出する。このようにして、干渉計で計測されるステージの移動量と、受光手段と各マークとの相対位置から、レチクル２０１と微動ステージ２０２との相対位置ずれ情報を得ることができる。この相対位置ずれは微動ステージ２０２の駆動に反映し得る。

図５ａは、微動ステージ２０２に固定されたレチクル保持部２０８にレチクル２０１が保持位置決めされている状態で、図６におけるスキャン方向断面（Ｂ−Ｂ断面）を説明する図である。レチクル保持部２０８は、微動ステージ２０２が移動する第１方向に延びるように微動ステージ２０２に固定されている。レチクル保持部２０８は、レチクル（物品）を保持する保持面を有する第１部分と、第１部分と微動ステージ２０２との間に配置された第２部分と、第２部分と微動ステージ２０２との間に配置された第３部分を含んでいる。この実施形態では、第２部分は、第１部分と第３部分とを弾性ヒンジ結合で接続する弾性ヒンジ部である。また、この実施形態では、レチクル保持部２０８が第３部分を含んでいるが、第３部分を含まなくてもかまわない。

微動ステージ２０２は、加減速時の力の付与によって変形する。しかし、微動ステージ２０２の変形方向と同方向に設けられた弾性ヒンジ２１３によって、微動ステージ２０２の変形をレチクル２０１へ伝わるのを低減し、同時に微動ステージ２０２の発熱をレチクル２０１へ伝わるのを低減する。図５ｂは、レチクル保持部２０８の変形例を示したものである。

図５ｃは、図５ａに示す弾性ヒンジ２１３の拡大図で、微動ステージ２０２の変形がレチクル２０１へ伝わるのを低減している様子を説明する図である。微動ステージ２０２の変形は、レチクル保持部２０８との摩擦によってレチクル保持部２０８に伝わる。レチクル保持部２０８の変形は弾性ヒンジ２１３によって低減され、レチクル保持部２０８からレチクル２０１へ伝わる変形は、元の微動ステージ２０２の変形より小さくなる。

前記に示す微動ステージ２０２の変形のレチクル保持部２０８における低減効果は、レチクル保持部２０８の弾性ヒンジ部の寸法を変えることでコントロールが可能である。具体的な例として、ある加速度における、加減速時の微動ステージ２０２の変形によるレチクル保持部２０８の変形が１００ｎｍあったとする。レチクル２０１の許される変形量が１０ｎｍとした場合、レチクル保持部２０８の弾性ヒンジ部２１３で変形を１／１０にすることとなる。一般的な弾性変形の性質から、弾性ヒンジ部２１３の寸法とレチクル保持部２０８の寸法比を、変形を低減させる同じ比（本例は１／１０）に合わせることで、変形を１／１０にすることが可能となる。例えば、レチクル保持部２０８が１３０ｍｍであった場合、弾性ヒンジ部２１３の寸法は１３０ｍｍ×１／１０＝１３ｍｍとなる。従来のレチクル保持部では１００ｎｍの変形がレチクルへそのまま伝わってしまう。すなわち、微動ステージが移動する第１方向における第２部分の長さを、第１部分の長さ、第３部分の長さ未満とすることで、レチクル２０１の変形を抑制することができる。上述の構成では第２部分の長さを第１部分、第３部分の長さの１０％としているが、第２部分の長さの割合は、レチクルの変形抑制作用とレチクルの安定保持作用とを勘案して変更し得る。例えば、レチクルの安定保持を重視して、第２部分の長さを第１部分、第３部分の長さの７０％以下としてもレチクルの変形を十分に抑制し得る。しかし、レチクルの変形抑制を重視すれば、第２部分の長さの割合は、５０％以下とするのが望ましく、３０％以下とするのがさらに望ましい。

図６は、微動ステージ２０２の加減速変形を説明する図である。図６ａでは加減速前の微動ステージ２０２の様子を示し、図６ｂでは−Ｙ方向に粗動ステージ２０３が加減速を伴う移動を行った際に、微動ステージ２０２に−Ｙ方向に力を付与する様子を示している。図において力を付与していない電磁石は省略している。微動ステージ２０２は、前記の力を受けることで主にＹ軸方向に伸びる変形をするが、レチクル保持部２０８の弾性ヒンジ部（第２部分）での変形低減効果により、レチクル２０１の変形が低減している。

レチクル保持部２０８は、図７に示すように、微動ステージ２０２内で複数に分割して設けられ、原版を微動ステージ２０２上の３点で支持し得る。

レチクル保持部２０８の材質をインバー、セラミック、ガラス等の低熱膨張材料にすることで、レチクルステージ２の高加速度駆動で発生するアクチュエータの発熱による微動ステージ２０２の熱変形も防ぐことが可能となる。前記熱変形を低減するために、低熱膨張材の線膨張率は２３℃付近において０．７ppm／℃以下であることが好ましく、より効果的に変形を低減するためには０．１ppm／℃以下で有ることが好ましい。

本実施形態に記載のステージ装置は、レチクルステージにかぎらず高精度が要求されるステージ装置で適用可能である。したがって、上述の例では走査方向に一軸方向で粗動する構成を述べたが、二軸方向で粗動する構成であってもよい。その具体的な適用可能例として、同じく、露光装置内にあるウエハステージでの適用が挙げられる。

本実施形態の露光装置は、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。照明光学系１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。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３は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と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キノフォーム等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２及びウエハステージ４は、例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。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。

本実施形態に記載の位置決め装置を露光装置に適用することによって、微動ステージの変形の影響による精度劣化を抑え、結果として高精度かつ高スループットな露光装置を提供することができる。

［デバイス製造の実施形態］
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実施例を説明する。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（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。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Ｓ４のウエハ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Ｓ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する。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。

このようなデバイス製造プロセスにおいて、本実施形態の露光装置を用いて露光することにより、高精度又は高スループットでデバイスを生産でき、結果として、微細なデバイス及び／又は安価なデバイスを製造することができる。

露光装置の全体構成を示す図 レチクルステージを示す図 従来例における微動ステージの変形を示す上面図 図３の側面図 本発明に係る微動ステージの一例を示す図 本発明に係る微動ステージの他例を示す図 図５ａの部分拡大図 微動ステージの変形を示す図 原版（レチクル）を３点支持する構成を示す図 従来例のステージ装置を示す図 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 図９に示すフローチャートのステップＳ４のウエハプロセスの詳細なフローチャート

符号の説明

１：照明光学系、２：レチクルステージ、３：投影光学系、４：ウエハステージ、５：露光装置本体、２０１：レチクル、２０２：微動ステージ、２０３：粗動ステージ、２０５：微動リニアモータ、２０６：粗動リニアモータ、２０７：電磁継手、２０８：レチクル保持部、２１１：レーザ干渉計、

Claims (7)

1. ステージを有し、前記ステージを少なくとも第１方向に移動させるステージ装置であって、
   前記第１方向に延びるように前記ステージに固定された保持部を備え、
   前記保持部は、物品を保持する保持面を有する第１部分と、前記第１部分と前記ステージとの間に配置された第２部分とを含み、
   前記第１方向における前記第２部分の長さは前記第１部分の長さ未満であることを特徴とするステージ装置。
2. 前記保持部は、前記第２部分と前記ステージとの間に配置された第３部分をさらに含み、
   前記第１方向における前記第２部分の長さは前記第３部分の長さ未満であ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２部分は、前記第１部分と前記第３部分とを弾性ヒンジ結合で接続することを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
4. 前記第１方向における前記第２部分の長さは前記第１部分の長さの７０％以下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. 原版に描かれたパターンを、投影光学系を介して基板に投影転写する露光装置であって、
   前記原版を支持し移動する原版ステージ装置を備え、
   前記原版ステージ装置が、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のステージ装置を含むことを特徴とする露光装置。
6. 原版に描かれたパターンを、投影光学系を介して基板に投影転写する露光装置であって、
   粗動ステージ装置と、前記粗動ステージの上で移動する微動ステージ装置とを備え、
   前記微動ステージ装置が、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のステージ装置を含むことを特徴とする露光装置。
7. 請求項５又は請求項６に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記露光された基板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。

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