JP2010109330A - 露光装置、及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】床の沈み込みによるベース構造体の変形及び姿勢を容易に検出し、低コストで、且つ、安定した露光装置を提供する。
【解決手段】原版のパターンを、投影光学系１０６を介して基板上に露光する露光装置１において、投影光学系１０６を保持する基準定盤１０３と、該基準定盤１０３を弾性支持する弾性支持手段１０２と、設置床１００から弾性支持手段１０２を保持するベース構造体１０１と、該ベース構造体１０１と基準定盤１０３との相対位置を検出する検出手段１１２と、ベース構造体１０１の床設置部に設置され、検出手段１１２の検出結果に基づいて、ベース構造体１０１の姿勢を調整する調整手段１１３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置、及びデバイスの製造方法に関するものである。

近年、露光装置において、半導体メモリの大容量化やＣＰＵプロセッサの高速化・大集積化の進展につれて、ウエハ上に形成するレジストパターンの微細化が要求されている。それに伴い、露光装置は、高い露光精度、更には、高いスループットが要求される。このため、投影光学系の開口数（ＮＡ）の増大による解像力向上、並びにウエハステージ或いはレチクルステージの位置制御性の向上や高加速度化等によって、露光精度並びにスループットの向上が図られている。

そこで、高スループットを図るために、近年、露光装置は、ウエハステージに２つのステージ可動部を配置し、露光シーケンスにおける露光を行う処理と、ウエハのアライメントを行う処理とを並列に行うツインステージを用いている。このツインステージは、大型化が余儀なくされ、必然的に、露光装置も大型・大重量化する傾向にある。

例えば、特許文献１は、基板供給装置とステッパ本体とが別体であり、且つ、ステッパ本体を構成するレンズ定盤は、床からの振動伝達を低減するために複数のエアマウントによって支持する露光装置を開示している。これにより、露光装置は、基板供給装置とレンズ定盤の相対位置を補正して、精度よくウエハを受け渡すことができる。

特許第３４０８０５７号

ここで、従来の設置床上に直接露光装置を設置する方法においては、露光装置の大型化に伴う装置重量の増加と、床面の局所的な凹凸による露光装置の設置脚と設置床との間の点接触により、床の沈み込みが生じる可能性がある。

しかしながら、特許文献１の露光装置は、上述のような床の沈み込みによって局所的に傾斜した床と平行になるように、エアマウントがレンズ定盤の姿勢を制御してしまうため、ウエハを正しい位置で搬送することができない。また、床の沈みこみが生じると、露光装置の設置脚（ベース構造体）に捻れや歪みが生じる。更には、原版搬送装置、基板搬送装置、基板ステージ装置、又は照明光学系などの各装置とレンズ定盤に支持された投影光学系との相対位置ズレが生じ、露光装置の性能劣化を引き起こす。

そこで、上述の相対位置ズレを解決するためには、ズレの対象となる数だけの相対位置ズレ検出機構が必要となり、それらの検出結果に基づいて相対位置ズレを調整する調整機構が複雑になるので、露光装置の高コスト化を招いてしまう。また、露光装置は、長年にわたり初期の設置状態を保つ必要があるが、長年の使用している間に設置床の経時変化も懸念される。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、設置床の沈み込みによるベース構造体の姿勢（捻れや歪み等の変形・チルト傾き・回転を含む）を検出し、姿勢を調整することにより、低コストで、経時的に安定した露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、原版のパターンを投影光学系を介して基板上に露光する露光装置において、投影光学系を保持する基準定盤と、該基準定盤を弾性支持する弾性支持手段と、設置床から弾性支持手段を保持するベース構造体と、該ベース構造体と基準定盤との相対位置を検出する検出手段と、ベース構造体の床設置部に設置され、検出手段の検出結果に基づいてベース構造体の姿勢を調整する調整手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、設置床の沈み込みによるベース構造体の姿勢を検出し、その検出結果に基づいてベース構造体の姿勢を調整することにより、低コストで、経時的に安定した露光装置を提供することができる。

本発明の実施形態である露光装置の概略図である。 アクティブマウント周辺の概略図である。 マウント変位センサと隙間センサの配置を示す平面概略図である。 マウント変位センサと隙間センサの配置を示す側面概略図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態における露光装置の概略図である。なお、以下の各図において、露光装置１を構成する投影光学系１０６の光軸に平行にＺ軸を取り、該Ｚ軸に垂直な平面内で走査露光時のレチクル（原版）及びウエハ（基板）の走査方向にＹ軸を取り、該Ｙ軸に直交する非走査方向にＸ軸を取って説明する。

露光装置１は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル１０４ａのパターンを基板上（ウエハ１０５ａ）に露光する投影露光装置である。但し、本発明は、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式の露光装置にも適用可能である。

露光装置１は、照明光学系１１１と、ステッパ本体Ｓ１と、基板供給装置Ｆ１とから構成され、それぞれ設置床（以下、「床」と表記する）１００上に設置されている。

照明光学系１１１は、不図示の内蔵光源（超高圧水銀ランプなどの放電灯）、若しくは、露光装置１とは別に設置された光源装置から、ビームラインを経て照明光を導入し、各種レンズや絞りによってスリット光を生成して、レチクル１０４ａを上方から照明する。

ステッパ本体Ｓ１は、レチクル１０４ａを搭載して移動可能なレチクルステージ装置１０４ｂと、レチクル１０４ａのパターンをウエハ１０５ａに所定の倍率（例えば４：１）で縮小投影する投影光学系１０６とを備える。更に、ステッパ本体Ｓ１は、ウエハ１０５ａを搭載して移動可能なウエハステージ装置１０５ｂを備える。

レチクルステージ装置１０４ｂ及び投影光学系１０６は、鏡筒定盤（基準定盤）１０３に保持されている。鏡筒定盤１０３は、アクティブマウント１０２を介して、ベースフレーム１０１に設置されている。アクティブマウント１０２は、鏡筒定盤１０３を弾性支持する弾性支持手段であって、空気ばね、ダンパ及びアクチュエータを内蔵する。アクティブマウント１０２は、床１００からの高周波振動が鏡筒定盤１０３に伝わらないようにすると共に、ベースフレーム１０１と鏡筒定盤１０３との間の相対位置検出結果から、鏡筒定盤１０３の位置のズレ（傾き及び揺れ等）をアクティブに補償する。更に、鏡筒定盤１０３は、不図示のレチクルステージの位置を検出する干渉計と、ウエハステージの位置を検出する干渉計１０７を搭載している。

ベースフレーム１０１は、Ｚ軸方向からみて四角形のフレームで構成されるベース構造体であり、各端の４箇所の脚部で支持される（後述の図３参照）。それぞれ４箇所の脚部先端（床設置部）には、くさび構造の隙高さ調整機構１１３が設けられており、該隙高さ調整機構１１３は、床１００と直接接している。隙高さ調整機構１１３は、高さを調整可能な調整手段であり、床の沈み込みや凹凸によるベースフレームの変形（捻れ）制御及び姿勢の調整に用いる。

また、鏡筒定盤１０３とベースフレーム１０１との間には、本発明の特徴である隙間センサ１１２を１箇所設置している。隙間センサ１１２は、ベースフレーム１０１に対する鏡筒定盤１０３の鉛直方向の相対位置を検出するセンサ（検出手段）であり、鏡筒定盤１０３を基準としてベースフレーム１０１の変形（捻れ）を検知するものである。隙間センサ１１２としては、例えば、静電容量式非接触微小変位計が好適である。また、隙間センサ１１２を設置する平面位置は、ベースフレーム１０１の脚部の鉛直線上、若しくは鉛直線近傍が好適である（後述の図３参照）。なお、本実施形態では、隙間センサ１１２を鉛直方向のみに設置したが、水平方向にも設けても良い。

なお、より高性能なレチクルステージ装置を適用する場合は、投影光学系１０６や鏡筒定盤１０３とは別に設置されたアクティブマウント１０２によって支持されていない構造体に、レチクルステージ装置１０４ｃを搭載する場合もある（図１参照）。

ウエハステージ装置１０５ｂは、ステージ定盤１０５ｃに支持されている。ステージ定盤１０５ｃは、防振支持機構１０８を介して床１００上に設置されている。なお、近年、ウエハステージ装置１０５ｂは、高性能化により、所定性能を達成するために防振支持機構１０８を必要としない場合もある。

基板供給装置Ｆ１は、レチクル１０４ａを自動的に供給、回収するためのレチクル供給装置１０９と、ウエハ１０５ａを自動的に供給、回収するウエハ供給装置１１０とを備える。基板供給装置Ｆ１は、ステッパ本体Ｓ１とは独立して床１００上に設置されている。従って、レチクル供給装置１０９及びウエハ供給装置１１０の基板搬送ロボットの駆動による振動がステッパ本体Ｓ１に伝達されることがなく、露光装置１におけるアライメントや各ステージの位置決め精度が低下する恐れがない。

図２は、アクティブマウント１０２の周辺部を拡大した概略図である。鏡筒定盤１０３とベースフレーム１０１との接続部には、アクティブマウント１０２に加え、メカニカルストッパ２００と、加速度センサ２０１と、マウント変位センサ２０２と、アクチュエータ２０３とを備える。

メカニカルストッパ２００は、外乱振動等により揺すられた鏡筒定盤１０３が、露光装置１を構成するユニット同士（例えば、投影光学系１０６とステージ装置１０４ｂ、１０５ｂ）の干渉を回避するためのストッパである。本実施形態では、ベースフレーム１０１に水平及び鉛直方向にメカニカルストッパ２００を載置させ、鏡筒定盤１０３の荷重を受ける構成とした。なお、本実施形態では、鏡筒定盤１０３とメカニカルストッパ２００との間隔Ｌ１は、０．１５ｍｍと設定している。

加速度センサ２０１は、鏡筒定盤１０３上の振動を検出するセンサである。また、マウント変位センサ２０２は、ベースフレーム１０１に対する鏡筒定盤１０３の変位量を計測するセンサ（計測手段）である。マウント変位センサ２０２は、計測信号に基づいて不図示の制御装置によって制御信号を生成し、駆動動作の基準値としてアクティブマウント１０２へフィードバックされる。ここで、図２及び以下の図において、垂直方向の変位を計測するセンサをマウント変位センサ２０２ａとし、水平方向の変位を計測するセンサをマウント変位センサ２０２ｂとする。本実施形態では、鏡筒定盤１０３とマウント変位センサ２０２ａとの間隔Ｌ２は、２．０ｍｍと設定している。なお、マウント変位センサ２０２は、渦電流式変位センサ、静電容量式変位センサ、若しくは光電変換素子を応用した変位センサなどが適用可能である。

図３及び図４は、マウント変位センサ２０２及び隙間センサ１１２の配置を示す平面概略図及び側面概略図である。図３に示すように、マウント変位センサ２０２は、ベースフレーム１０１上のアクティブマウント１０２近傍に３箇所配置されている。マウント変位センサ２０２は、水平３軸方向（例えば、Ｘ軸１箇所、Ｙ軸２箇所）、鉛直方向（Ｚ軸）３軸方向の合計６軸を計測することにより鏡筒定盤１０３の６自由度を計測する。この６軸計測結果に基づいて制御駆動されるアクティブマウント１０２によって、鏡筒定盤１０３とベースフレーム１０１との相対距離は、常に一定に保たれる。

アクチュエータ２０３は、鏡筒定盤１０３の制振を目的とする力アクチュエータであり、鉛直及び水平のそれぞれの方向に推力を発生する。本実施形態では、鉛直方向に関しては、３つの鉛直力アクチュエータ２０３ａを有し、水平方向に関しては、走査露光の方向（Ｙ方向）及びこれと直交する方向（Ｘ方向）に対応してそれぞれ２つの水平力アクチュエータ２０３ｂを設置している。なお、アクチュエータ２０３の設置箇所及び設置個数については、特に限定するものではない。

次に、本発明の特徴である、床の沈みこみによるベースフレーム１０１の変形（捻れ）の測定及び調整方法について説明する。

通常、露光装置１を新規に床１００上に設置する際は、露光装置１設置後、水平器及び高さ測定器等を用いて装置の水平出しを実施する。具体的には、まず、ステッパ本体Ｓ１設置の場合、測定器により、図３に示す４箇所（図中、位置Ａ〜Ｄ）のベースフレーム１０１の脚部の高さを測定する。そして、各脚部の高さに誤差が発生した場合は、適宜、隙高さ調整機構１１３を調整することにより、ステッパ本体Ｓ１を床１００上に水平に設置する。

ここで、露光装置１の長年の使用状況や地震等の自然現象、又は床１００の経時変化等に起因し、ベースフレーム１０１の脚部のある１箇所に沈み込みが発生したと仮定する。

まず、図３において、脚部Ａに沈み込みが発生したと仮定する。ここで、本発明の隙間センサ１１２には、予め閾値を設定しておく。即ち、隙間センサ１１２は、ベースフレーム１０１に対する鏡筒定盤１０３の鉛直方向の相対位置が閾値を超えた場合に制御を開始するものとする。なお、本実施形態では、閾値を、０．５ｍｍとした。脚部Ａに沈み込みが発生すると、脚部Ｃ上に設置された隙間センサ１１２の値は、小さく閾値を下回る値となる。更に、脚部Ａに対向する位置の脚部Ｃにおいては、脚部Ａの沈み込みに起因し、若干の浮き上がりが発生する。この浮き上がりの変位は、脚部Ｃ上に設置されたマウント変位センサ２０２ａの測定値により判別可能である。

したがって、隙間センサ１１２及びマウント変位センサ２０２ａの計測結果により、脚部Ａにおいて、どの程度の沈み込みが発生したかを認識することができる。そして、これらの情報は、不図示であるが、上述の制御モニター（警告手段）にエラーメッセージとして表示され、露光装置１の操作者に警告を発する。警告を受けた操作者は、上記エラーメッセージに基づき、脚部Ａの隙高さ調整機構１１３を調整することにより、正常な位置へと修正する。なお、隙高さ調整機構１１３は、自動で上下動作可能なアクチュエータ（駆動装置）とすることも考えられる。この場合は、露光装置１に隙高さ制御装置を設け、エラーメッセージに基づき、自動で脚部Ａの高さを調整する。

次に、脚部Ｂに沈み込みが発生したと仮定する。ここで、本発明の隙間センサ１１２には、上記と同様に予め閾値を設定しておく。脚部Ｂに沈み込みが発生すると、脚部Ｃ上に設置された隙間センサ１１２の値は、大きく閾値を上回る値となる。この場合、脚部Ｂに起因する各マウント変位センサ２０２ａの計測する変位は、ほとんど変化が見られない。

したがって、隙間センサ１１２の計測結果により、脚部Ｂにおいて、どの程度の沈み込みが発生したかを認識することができる。以下、エラーメッセージの表示や隙高さ調整機構１１３での高さ調整については、上記と同様であり、説明を省略する。

次に、脚部Ｃに沈み込みが発生したと仮定する。ここで、本発明の隙間センサ１１２には、上記と同様に、予め閾値を設定しておく。脚部Ｃに沈み込みが発生すると、脚部Ｃ上に設置された隙間センサ１１２の値は、大きく閾値を上回る値となる。この場合、脚部Ｃに対向する位置の脚部Ｂにおいては、脚部Ｃの沈み込みに起因し、若干の浮き上がりが発生する。この浮き上がりの変位は、脚部Ｂ上に設置されたマウント変位センサ２０２ａの測定値により判別可能である。

したがって、隙間センサ１１２及びマウント変位センサ２０２ａの計測結果により、脚部Ｃにおいて、どの程度の沈み込みが発生したかを認識することができる。以下、エラーメッセージの表示や隙高さ調整機構１１３での高さ調整については、上記と同様であり、説明を省略する。

次に、脚部Ｄに沈み込みが発生したと仮定する。ここで、本発明の隙間センサ１１２には、上記と同様に、予め閾値を設定しておく。脚部Ｄに沈み込みが発生すると、脚部Ｃ上に設置された隙間センサ１１２の値は、小さく閾値を下回る値となる。この場合、脚部Ｄにおいては、脚部Ｄ自身の沈み込みに起因するマウント変位センサ２０２ａの計測する変位は、ほとんど変化が見られない。しかしながら、脚部Ｄに隣接する位置の脚部Ｂにおいては、若干の浮き上がりが発生する。この浮き上がりの変位は、脚部Ｂ上に設置されたマウント変位センサ２０２ａの測定値により判別可能である。

したがって、隙間センサ１１２及びマウント変位センサ２０２ａの計測結果により、脚部Ｄにおいて、どの程度の沈み込みが発生したかを認識することができる。以下、エラーメッセージの表示や隙高さ調整機構１１３での高さ調整については、上記と同様であり、説明を省略する。

このように、隙間センサ１１２をベースフレーム１０１上に設置し、閾値以上の相対変位を検知した際には、高さ調整機構１１３によってステッパ本体Ｓ１の姿勢を容易に調整することで、露光装置１の各装置間の相対位置を補償することが可能となる。即ち、ベースフレーム１０１の変形を計測する手段である隙間センサ１１２を少なくとも１箇所設けることによって、低コスト、且つ、高安定な露光装置を提供することが可能となる。

次に、上述の露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。

半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなどのデバイスは、レジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を、上述の露光装置を用いて露光する工程をまず経る。続いて、露光された前記基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を行うことによってデバイスが製造される。当該周知の工程は、例えば、酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、及びパッケージング等の少なくとも１つの工程を含む。

以上、本発明は、本実施形態に限定するものでなく、本発明の目的が達成される範囲において、各構成が代替的に置換されても良い。

本実施形態では、図３に示すように、ベースフレーム１０１上に、アクティブマウント１０２を３箇所設置する構成としており、この場合において、隙間センサ１１２の有効性を説明した。ここで、例えば、アクティブマウント１０２をベースフレーム１０１の脚部Ａ〜Ｄの４箇所全てに設置した構成とすることも考えられる。この場合は、各アクティブマウント１０２に隣接された４箇所マウント変位センサ２０２のいずれか１箇所のセンサを、本発明の隙間センサ１１２の代用とすることも可能である。これにより、本発明と同様の効果が得られる。

更に、本実施形態においては、投影光学系を介して原版を基板に照射する露光装置としているが、本発明はこれに限定されるものではない。その他に、例えば、原版上のパターンを基板としての半導体ウエハ上に真空雰囲気中で露光する露光装置、或いは、原版を用いずにパターンを電子ビームにて露光する露光装置に適用しても良い。

１ 露光装置
１０１ ベースフレーム（ベース構造体）
１０２ アクティブマウント（弾性支持手段）
１０３ 鏡筒定盤（基準定盤）
１０６ 投影光学系
１１２ 隙間センサ（検出手段）
１１３ 隙高さ調整機構（調整手段）
２０２ マウント変位センサ（計測手段）

Claims (10)

1. 原版のパターンを、投影光学系を介して基板上に露光する露光装置において、
   前記投影光学系を保持する基準定盤と、
   前記基準定盤を弾性支持する弾性支持手段と、
   設置床から前記弾性支持手段を保持するベース構造体と、
   前記ベース構造体と前記基準定盤との相対位置を検出する検出手段と、
   前記ベース構造体の床設置部に設置され、前記検出手段の検出結果に基づいて前記ベース構造体の姿勢を調整する調整手段と、
   を備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記調整手段は、前記検出手段の計測結果に基づいて、前記ベース構造体の姿勢を制御することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記ベース構造体は、前記弾性支持手段を制御するための基準値となる前記基準定盤との変位量を計測する計測手段を有し、
   前記調整手段は、前記検出手段及び前記計測手段の計測結果に基づいて、前記ベース構造体の姿勢を制御することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
4. 前記検出手段が検出する前記ベース構造体と前記基準定盤との相対位置に予め閾値を設定し、
   前記調整手段は、前記相対位置が前記閾値を超えた場合に制御を開始することを特徴とする請求項１〜３記載の露光装置。
5. 前記ベース構造体と前記基準定盤との相対位置が、前記閾値を超えた場合に警告を発する警告手段を備えることを特徴とする請求項４記載の露光装置。
6. 前記検出手段は、静電容量式非接触微小変位計であることを特徴とする請求項１〜５記載の露光装置。
7. 前記検出手段は、前記ベース構造体の脚部の鉛直線上に設置することを特徴とする請求項１〜６記載の露光装置。
8. 前記調整手段は、自動で上下動作可能な駆動装置であることを特徴とする請求項１〜７記載の露光装置。
9. 前記調整手段は、４箇所に設置し、前記弾性支持手段は、３箇所に設置することを特徴とする請求項１〜８記載の露光装置。
10. 請求項１〜９に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記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の製造方法。

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