JP2009218372A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保持部の位置調整に有利な露光装置を提供する。
【解決手段】基板Ｗを露光する露光装置１００であって、基板Ｗを保持する保持部５０と、流体Ｌを収容する容器６３と、保持部５０を支持する被駆動部６１と、被駆動部６１を容器６３に接続して弾性変形が可能な弾性部６２と、を含み、被駆動部６１と弾性部６２とは容器６３を密閉する蓋として機能する支持部６０と、容器６３に接続されて流体Ｌの通路として機能する管７４と、管７４に接続されて容器内の流体Ｌの量を調節するピストン部と、を含む駆動部７０と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板を露光する露光装置に関する。

原版（マスクやレチクル）のパターンを投影光学系によりウエハなどの基板に投影して該基板を露光する投影露光装置は従来から使用されている。近年の露光装置には、基板表面の平面性（平坦性）を悪化させないようにして結像性能を確保すると共に高いスループットで安全に露光する需要が益々高まっている。

基板はチャックを介してステージに搭載され、ステージは干渉計により位置検出がなされている。チャックは、真空引きされた吸着孔を介して基板を吸着して保持する保持部（チャックアタッチメント及び、チャックアタッチメントを支持するチャックベース）を有する。また、チャックベースはステージのθＺベースの上面に干渉計のバーミラーと共に搭載される。従来、チャックの基板を保持する面（基板保持面）の平面度が投影光学系の焦点深度内に収まるようにシム（金属箔）をチャックベースとバーミラープレートの間に挿入していた。また、シム調整の代わりに複数の圧電アクチュエータを用いてチャックの基板保持面を調整する手法も知られている（特許文献１及び２）。
特開２００４−３３５５１０号公報 特開２００７−３３１０４１号公報

シム調整には、数百ｋｇのチャックアタッチメント及びチャックベースを取り外す作業が必要であり、作業の安全性に配慮しなければならないと共に、マイクロメートルオーダーの精密な調整のために作業時間の長期化を招いていた。更に、露光装置の組立て後に基板保持面の平面度が崩れると露光装置内の非常に狭くて暗い空間で作業を行わなければならず、作業効率の低下や露光装置の部材の損傷の危険もあった。一方、圧電アクチュエータはチャックベースの大型化に対応したストロークの確保、小型化及び軽量化などがしにくいために実現性が乏しい。

そこで、本発明は、保持部の位置調整に有利な露光装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての露光装置は、基板を露光する露光装置であって、前記基板を保持する保持部と、流体を収容する容器と、前記保持部を支持する被駆動部と、前記被駆動部を前記容器に接続して弾性変形が可能な弾性部と、を含み、前記被駆動部と前記弾性部とは前記容器を密閉する蓋として機能する支持部と、前記容器に接続されて前記流体の通路として機能する管と、前記管に接続されて前記容器内の前記流体の量を調節するピストン部と、を含む駆動部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、保持部の位置調整に有利な露光装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の一側面の露光装置について説明する。図１は、露光装置１００のブロック図であり、ＸＹＺ直交座標系を同図のように設定している。露光装置１００は、光源からの光を利用して原版のパターンを介して基板を露光する。露光装置１００は、照明装置１０、原版ステージ２０、投影光学系３０、基板ステージ４０、チャック５０、支持部６０、駆動部７０、干渉計８０を筺体１０１内に収納し、ステップアンドスキャン方式で原版Ｍのパターンを介して基板Ｗを露光する。なお、本発明は、ステップアンドリピート方式の露光装置にも適用可能である。

照明装置１０は、原版Ｍを照明し、光源１２と、照明光学系１４とを有する。光源１２は、レーザや水銀ランプを使用することができる。照明光学系１４は、原版Ｍを均一に照明する光学系であり、レンズ、ミラー、インテグレータなどを含む。

原版Ｍは、回路パターンを有し、原版ステージ２０に保持されて移動される。原版ステージ２０は、原版ステージ定盤２１とＸＹθステージ２２とを有し、原版ステージ定盤２１上にＸＹθステージ２２が配置されてその上に原版Ｍが保持される。これにより、ＸＹθステージ２２により原版ＭはＸ及びＹ方向に移動可能であると共にＸＹ面内で回転可能である。原版ステージ２０の上方には観察光学系１６が配置される。観察光学系１６は、原版Ｍと投影光学系３０による基板Ｗの像とを観察できる。

原版Ｍから発せられた回折光は、投影光学系３０を通り基板Ｗ上に投影される。原版Ｍと基板Ｗとは光学的に共役の関係にある。露光装置１００の各モジュールはスキャナーとして機能するため、原版Ｍと基板Ｗとを縮小倍率比の速度比で同期走査することにより原版パターンを基板Ｗに転写する。原版ステージ２０の位置は干渉計（レーザ測長干渉器）８０で常時測定される。

投影光学系３０は、原版パターンを反映した光を基板Ｗに投影する。図１に示す投影光学系３０は反射型光学系であるが、屈折型光学系や反射屈折型光学系であってもよい。投影光学系３０は、レンズやミラーなどの光学素子３１を有し、保持部３２によって保持される。図１では光学素子３１はミラーであるが、光学素子３１はレンズでもよい。投影光学系３０の基板Ｗに最も近い最終光学素子を液体に浸漬して液浸露光を実現してもよい。

基板Ｗは、本実施例ではウエハであるが、別の実施例では液晶基板である。基板Ｗの表面にはフォトレジストが塗布されている。原版Ｍ上の転写対象パターンが転写される基板Ｗ上の個々の領域をショットと呼ぶ。また、基板Ｗ上には、原版Ｍと基板Ｗの各ショットとのアライメントに使用される図示しないアライメントマークが形成されている。アライメントマークは観察光学系１６によって観察可能である。

観察光学系１６は、アライメント系においてＴＴＲ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｒｅｔｉｃｌｅ）光学系を構成する。ＴＴＲ系は、原版Ｍに形成された不図示のレチクル基準マークと、基板ステージ４０上に設けられたステージ基準マークの投影光学系３０による像とを観察する系である。不図示のレチクル基準マークは、原版パターンの中心に対応するベースラインマークである。これらの基準マークは、照明装置１０により照明され、観察光学系１６により同時に観察される。両マークの位置ずれ量は、原版パターンと各ショットとの位置合せに供される。

基板ステージ４０は、リニアモータを利用し、ＸＹＺ及び回転方向に移動可能であり、チャック５０を介して基板Ｗを保持して移動される。

原版ステージ２０は、本体ベース４１上に配置したＹステージ４２及びＸステージ４３を有する。ＸＹステージ４２、４３上にＺチルト駆動機構４４を介してθＺベース（バーミラーベース）４４が搭載され、この上に支持部６０を３つ以上配置し、更にその上にチャック５０を配置している。Ｚチルト駆動機構４４はθＺベース４５から上の搭載物を傾斜可能に支持する。

チャック５０は、基板Ｗを保持する保持部として機能し、真空引きされた図示しない吸着孔を介して基板Ｗを吸着して保持するチャックアタッチメント５２と、チャックアタッチメント５２を支持するチャックベース５４と、を有する。チャックアタッチメント５２のエアーブロー操作により吸着を解放することができる。Ｚチルト駆動機構４４は、露光時に基板表面を投影光学系３０の基板側焦点面（像面）に一致させる。

支持部６０は、保持部であるチャック５０を支持するダイヤフラム構造体である。図２は、支持部６０と駆動部７０の断面図である。図２に示すように、複数の支持部６０が設けられている。各支持部６０は、被駆動部６１、弾性部６２、容器６３を有する。

被駆動部６１はチャック５０をその上面において保持する。弾性部６２は、被駆動部６１の周囲に設けられ、被駆動部６１を容器６３に接続して弾性変形が可能な金属製の板バネ部である。弾性部６２は、予め断面形状が凸形状に形成されて（前記円盤の軸と径とを含む断面内において屈曲している）弾性変形がし易くなっている。図１では凸形状は上向きであるが下向きであってもよい。被駆動部６１と弾性部６２は容器６３を密閉する蓋として機能する。

容器６３は、その内部空間６３ａに流体Ｌを収納する。流体Ｌは出来るだけ非圧縮性に近い流体が好ましい。気体のように圧縮性であると弾性部６２の変位が不十分になる虞があるからである。流体Ｌは、水などでよいが、電気的絶縁性、化学的安定性、安全性、環境影響の観点で優れたものが好ましい。例えば、フッ素系オイルをＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）で増ちょうしたオイルグリースが好適である。

図３は、支持部６０のより具体的な構造を示す斜視図である。同図に示すように、被駆動部６１は円盤形状（円筒形状）を有し、弾性部６２は円環形状を有する。なお、円環形状の弾性部６２は、上述したように、当該円盤の軸と径とを含む断面内において屈曲している。被駆動部６１が直方体のように角部を有すれば、Ｚ方向に弾性変形する際に各部における局所的な応力集中が生じ、弾性部６２の円滑な変位が妨げられるからである。図３においては、容器６３は、直方体形状を有し、被駆動部６１は弾性部６２に円環部６４ａを介してネジ６５によって固定され、弾性部６２は円環部６４ｂを介してネジ６５によって容器６３に固定される。容器６３の底面はθＺベース４５に固定される。なお、容器６３は図３に示す構造に限定されず、図４に示す容器６３Ａのような円筒形状を有してもよい。ここで、図４は、支持部６０の変形例である支持部６０Ａの斜視図である。

被駆動部６１及び容器６３は軽量化と強度を必要とするため，アルミニウム合金、例えばジュラルミン（２０００系統及び７０００系統）が好適である。弾性部６２は、内圧に対する弾性変形が必要であるため、例えば、アルミニウムより強度のあるステンレス鋼（マルテンサイト系、オーステナイト系、フェライト系ステンレス鋼）が好適である。

駆動部７０は、支持部６０の被駆動部６１を駆動し、ピストン部と管７４を有する。ピストン部は、管７４に接続されて容器６３への流体Ｌの供給量を調節し、シリンダ７２とそれに移動可能に挿入されたピストン７３とを有する。シリンダ７２の内部空間７２ａには流体Ｌが収容される。管７４は、容器６３に接続されて流体Ｌを容器６３の内部空間６３ａに供給及びそこから流体Ｌを回収し、管７４の内部は流体Ｌの通路として機能する。

ある実施例は、図２には省略されて後述する図５に示すモーターを駆動部７０に有する。かかるモーターにより、基板Ｗの表面形状を自動で調整する。図示しないモーターは、ピストン部に含まれるピストン７３を変位させることにより容器内の流体Ｌの量を変化させて被駆動部６１を変位させる。モーターは、例えば、ステッピングモータから構成される。

この場合、モーターは露光装置１００の筺体１０１の外部に配置されて被駆動部６１を遠隔位置から駆動してもよい。熱源としてのモーターを筺体１０１の外部に配置することによって発熱による原版、基板、光学素子の変形を防止し、結像性能を維持することができる。但し、モーターは支持部６０を駆動させる場合のみ励磁され、任意の分だけ回転させた後は，ネジ部及びピストン内のシーリング摩擦によりモーターを励磁させていなくてもピストン７３を保持することができる。このため、圧電アクチュエータとは異なり、筺体１０１内に設けても発熱による影響は小さい。このような場合には、駆動部７０は、露光装置１００における基板ステージ４０に配置したり、露光装置の構造体（非可動部）に配置したりすることができる。

なお、本発明は基板Ｗの表面形状を自動で調整する実施例に限定されず、手動による調整も含む。この場合には、モーターや図５を参照して後述する制御部９０は不要である。この場合、ピストン７３を手動で移動する機構を露光装置１００に取り付けるだけでよく、モーターのための配線や配管を省くことができる。設置場所は、例えば、θＺベース４５上であり、保守に容易な場所に設置するのが有利である。

図２において、ピストン７３を移動することによって、充鎮された流体Ｌが、菅７４を介して内部空間７２ａと支持部６０の容器６３の内部空間６３ａとの間を移動する。即ち、ピストン７３を押し込み方向Ｄ_１に移動すると、その移動量に対応する流体Ｌが容器６３に供給される。また，ピストン７３を引き抜き方向Ｄ_２に移動すると、その移動量に対応する流体Ｌが容器６３から排出される。更に、ピストン７３の移動による内部空間７２ａの流体Ｌの体積変動分に応じて弾性部６２が弾性変形することで被駆動部６１が上下方向に変位する。

ピストン７３の移動量に対する被駆動部６１の変位量は、弾性部６２と被駆動部６１の断面積（紙面上方向から見た面）の和とピストン７３の断面積（紙面左方向にみた見た面）の比で決定される。また、被駆動部６１のストロークは、ピストン７３のストロークと当該「比」との積となる。このため、被駆動部６１を高精度に位置決めしようとするとピストン７３の断面積を小さくすればよい。当該「比」を変えることで支持部６０による被駆動部６１の位置決め精度はマイクロメートルオーダーを達成することができる。また、容器６３の外形状がおよそ縦１７０ｍｍ×横１７０ｍｍ×高さ１５ｍｍの場合、調整可能な有効ストロークは１０００μｍ以上が可能である。

干渉計８０は、原版ステージ２０及び原版ステージ２０のそれぞれの位置を計測する。干渉計８０は、検出光を射出する光源であるレーザヘッド８１、ビームスプリッター８２、折り曲げミラー８３、検出光を反射するバーミラー８４、８５を有する。バーミラー８４はθＺベース４５に固定され、バーミラー８５は原版ステージ定盤２１に固定される。このように、θＺベース４５はバーミラー８４と支持部６０の容器６３を搭載する。干渉計８０のレーザビーム位置は、原版ステージ２０については上下方向（投影光学系３０の光軸方向又はＺ方向）では投影光学系３０の原版側焦点面に略配置され、水平面内では投影光学系３０の光軸位置に略設定される。基板ステージ４０については水平面内では投影光学系３０の光軸位置に略設定されているが、上下方向では投影光学系３０の基板側焦点面から下側に変位した位置を通るように設定されている。本実施例では干渉計８０の光源を共通にすることによって光源の波長変化の影響がステージ間（基板ステージと原版ステージ２０）で共通になり、アライメント誤差のばらつきを低減している。

図５は、支持部６０及び駆動部７０を自動駆動用アクチュエータとして適用した場合の基板Ｗ周りの断面図である。図５は４つの支持部６０を示しているが、支持部６０の数はこれに限定されない。チャックベース５４の形状も図示したものに限定されない。支持部６０の駆動部７０は、モーター７１と移動部７５を有する。モーター７１は、複数のピストン部によって共有され、駆動部７０は、調整すべきピストン部のピストン７３までモーター７１を移動する移動部７５を更に有する。なお、図５は一つのモーター７１のみを示しているが、複数個ないしはピストン７３と対で設置してもよい。移動部７５は、不図示の専用モーターと連結された不図示の専用移動ガイドにモーター７１を搭載している。

９２は基板Ｗの表面形状を計測するための変位センサーユニットである。変位センサーユニット９２は、チャック５０の基板Ｗを保持する面の平面度を計測する計測手段として機能する。支持部６０の配置に合わせて配置された複数の変位読み取りセンサー９４を有しており、１回の読み取り計測で複数箇所の変位を同時に読み取ることができるユニットである。変位センサーユニット９２は、取り付け位置に関しては，基板上面の各測定点の高さを計測することができるように基板ステージ４０などの駆動系を除く位置に固定されている。例えば、変位センサーユニット９２は、計測対象に近い投影光学系３０の下面又は側面に取り付けられている。変位センサーユニット９２を構成するセンサーとしては、例えば、測定対象物からの反射光で間隔を検出するレーザーマイクロセンサーや電気マイクロセンサー（例えば静電容量センサ）、図１に示すＺ方向基板位置読み取りセンサー３８のいずれかを利用し得る。

９０は、制御部又は演算回路である。制御部９０は、変位センサーユニット９２の計測結果に基づいてモーター７１の駆動量を制御する。図５に示すように、複数のピストン部と複数の支持部６０がある場合には、制御部９０は変位センサーユニット９２の計測結果に基づいて複数の支持部６０の各々に対応するモーター７１による駆動量を制御する。図６は、制御部９０の具体的な動作を示すフローチャートである。制御部９０は、変位センサーユニット９２からの基板上面の変位情報群を取得し（Ｓ１０１）、それに基づいて、例えば最小自乗法により、理想の平面（仮想平面）を算出する。更に、その仮想平面と各変位情報群との変位差分情報を目標値として算出し（Ｓ１０２）、各目標値にしたがって各ピストン部をモーター７１により移動する（Ｓ１０３）ことによって、支持部６０を変位させることができる。このシーケンスを繰り返すことで，基板Ｗ上面の平面度を予め定めた許容範囲内に追い込むことができる。制御部９０は、所定の平面度が得られると（Ｓ１０２）、平面度調整を終了する（Ｓ１０４）。

図７は、駆動部７０の変形例である駆動部７０Ａの概略断面図である。モーター７１の回転力はモーター７１のモーター軸７１ａの周りに固定された歯車７６ａに伝達され、その後、歯車７６ａと噛み合っている歯車７６ｂに伝達される。歯車７６ｂは、軸７６ｃの端部の周囲に固定されており、これにより、モーター軸７１ａの回転駆動力は軸７６ｃに伝達されて軸７６ｃは回転する。軸７６ｃは一対の軸受け７７の間に保持されて、その間にはネジ部７８が設けられている。ネジ部７８にはピストン７３Ａの一端に形成されたＬ字状のネジ部が係合しており、軸７６ｃが回転すると、ピストン７３Ａが図７に示す矢印左右方向（Ｄ_１Ｄ_２方向）に移動する。この結果、ピストン７３Ａの他端がシリンダ７２内で移動し、流体Ｌが容器６３に供給されたり、容器６３から回収されたりする。

本発明は遠隔操作が可能であることから，人の手が入りにくい狭い場所や暗室などでの利用に適している。更に、本発明は上記で示したチャック５０への適用に限定されず、他の対象物へも適用可能である。例えば，露光装置の投影光学系中の光学素子（光学部材）３１の保持部３２をマイクロメートルオーダーで位置決めするのに適用可能である。

以上説明したように、露光装置１００の基板表面の平面度又は表面形状を、大幅な高さ増加や重量増加を招かずに，また熱発生による結像性能の劣化を招かずにマイクロメートルオーダーで遠隔調整ができる。この結果、作業効率を大幅に上げると共に作業の安全性も向上させることができる。

次に、露光装置１００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のいずれかの実施形態の露光装置を使用して、感光剤が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、該工程で露光された基板を現像する工程と、他の周知の工程とを経ることにより製造される。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の一実施例の露光装置のブロック図である。 図１に示す露光装置の支持部と駆動部の概略断面図である。 図１に示す支持部と駆動部のより具体的な構造を示す斜視図である。 図３に示す支持部の変形例の斜視図である。 支持部及び駆動部を自動駆動用アクチュエータとして適用した場合の基板周りの断面図である。 図５に示す制御部の動作を説明するためのフローチャートである。 図２に示す駆動部の変形例の概略断面図である。

符号の説明

Ｍ 原版
Ｗ 基板
Ｌ 流体
５０ チャック（保持部）
６０ 支持部
６１ 被駆動部
６２ 弾性部
７０ 駆動部
７３ ピストン
７４ 管
７５ 移動部
９０ 制御部
９２ 変位センサーユニット（計測手段）
１００ 露光装置

Claims (9)

1. 基板を露光する露光装置であって、
   前記基板を保持する保持部と、
   流体を収容する容器と、前記保持部を支持する被駆動部と、前記被駆動部を前記容器に接続して弾性変形が可能な弾性部と、を含み、前記被駆動部と前記弾性部とは前記容器を密閉する蓋として機能する支持部と、
   前記容器に接続されて前記流体の通路として機能する管と、前記管に接続されて前記容器内の前記流体の量を調節するピストン部と、を含む駆動部と、
   を有することを特徴とする露光装置。
2. 光学素子を有し、前記光学素子を介して基板を露光する露光装置であって、
   前記光学素子を保持する保持部と、
   流体を収容する容器と、前記保持部を支持する被駆動部と、前記被駆動部を前記容器に接続して弾性変形が可能な弾性部と、を含み、前記被駆動部と前記弾性部とは前記容器を密閉する蓋として機能する支持部と、
   前記容器に接続されて前記流体の通路として機能する管と、前記管に接続されて前記容器内の前記流体の量を調節するピストン部と、を含む駆動部と、
   を有することを特徴とする露光装置。
3. 前記ピストン部に含まれるピストンを変位させることにより前記容器内の前記液体の量を変化させて前記被駆動部を変位させるモーターと、
   前記保持部の前記光学部材を保持する面の位置を計測する計測手段と、
   前記計測手段の計測結果に基づいて前記モーターの駆動量を制御する制御部と、
   を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記保持部と前記支持部とを収納する筺体を有し、
   前記駆動部は前記筺体の外部に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の露光装置。
5. 前記流体は、液体であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の露光装置。
6. 前記被駆動部は円盤形状を有し、前記弾性部は円環形状を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の露光装置。
7. 前記弾性部は、前記円盤の軸と径とを含む断面内において屈曲していることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
8. 原版のパターンからの光を前記基板に投影する投影光学系を有し、
   前記光学素子は、前記投影光学系中の光学素子であることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で露光された基板を現像する工程と、
   を有することを特徴とするデバイス製造方法。