JP2013046044A - リソグラフィ装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】投影光学系と基板との衝突の低減に有利なリソグラフィ装置を提供する。
【解決手段】ステージに保持された基板の上の複数の計測点の高さを計測する計測部と、基板を保持して前記光学系の光軸に平行な方向に第１ストロークで移動する微動ステージと、微動ステージを保持して光学系の光軸に平行な方向に第１ストロークより大きい第２ストロークで移動する調整ステージと、調整ステージが移動しないように機械的に調整ステージを固定する固定機構と、を含み、制御部は、基板に前記パターンを転写する前に、計測部で計測された複数の計測点の高さで代表される基板の仮想平面が水平になるように、且つ、仮想平面が光学系の最も基板側の面と基板との間であって第１ストロークから決まる初期位置に位置するように調整ステージを移動させ、仮想平面を初期位置に位置させた後に固定機構によって調整ステージを固定するリソグラフィ装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、リソグラフィ装置及びデバイスの製造方法に関する。

半導体デバイスなどの製造に用いられるリソグラフィ装置の１つとして、原版（マスク又はレチクル）を用いることなく、複数の電子線（荷電粒子線）によって基板にパターンを転写（描画）するマルチ電子線露光装置が提案されている（特許文献１参照）。かかるマルチ電子線露光装置は、基板を保持して移動する基板ステージを有し、基板ステージに保持された基板の高さ（厚さ）や傾きに応じて基板の位置を調整（補正）しながら基板にパターンを転写する。

特開平９−７５３８号公報

マルチ電子線露光装置では、電子線を基板に投影する光学系の下面と基板との間の間隔が極めて小さくなり、基板の位置の調整に必要とされる基板ステージのストローク（光学系の光軸に平行な方向への移動可能範囲）より小さくなっている。従って、基板にパターンを転写する際に、何らかの理由（基板ステージの故障や基板ステージを制御する制御系の故障など）で基板ステージの制御ができなくなった場合には、光学系の下面と基板とが衝突する可能性がある。このような問題は、マルチ電子線露光装置だけではなく、パターンを転写するためのエネルギーを基板ステージに保持された基板に投影する光学系の下面と基板との間の間隔が小さくなっているようなリソグラフィ装置に生じるものである。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、パターンを転写するためのエネルギーを基板に投影する光学系と基板との衝突の低減に有利なリソグラフィ装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としてのリソグラフィ装置は、基板にパターンを転写するリソグラフィ装置であって、前記基板を保持して移動するステージと、前記パターンを転写するためのエネルギーを前記ステージに保持された前記基板に投影する光学系と、前記ステージに保持された前記基板の上の複数の計測点の高さを計測する計測部と、前記ステージを制御する制御部と、を有し、前記ステージは、前記基板を保持して前記光学系の光軸に平行な方向に第１ストロークで移動する微動ステージと、前記微動ステージを保持して前記光学系の光軸に平行な方向に前記第１ストロークより大きい第２ストロークで移動する調整ステージと、前記調整ステージが移動しないように機械的に前記調整ステージを固定する固定機構と、を含み、前記制御部は、前記基板に前記パターンを転写する前に、前記計測部で計測された前記複数の計測点の高さで代表される前記基板の仮想平面が水平になるように、且つ、前記仮想平面が前記光学系の最も基板側の面と前記基板との間であって前記第１ストロークから決まる初期位置に位置するように前記調整ステージを移動させ、前記仮想平面を前記初期位置に位置させた後に前記固定機構によって前記調整ステージを固定することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、パターンを転写するためのエネルギーを基板に投影する光学系と基板との衝突の低減に有利なリソグラフィ装置を提供することができる。

本発明の一側面としての電子線露光装置の構成を示す図である。 図１に示す電子線露光装置の調整ステージ及び調整ステージ駆動機構の構成を示す図である。 図１に示す電子線露光装置の動作を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての電子線露光装置１の構成を示す図である。電子線露光装置１は、複数の電子線（荷電粒子線）を用いて基板にパターンを転写（描画）するリソグラフィ装置である。電子線露光装置１は、電子光学系１０１と、計測部１０６と、レーザ干渉計１０７と、真空チャンバ１０８と、除振マウント１０９とを有する。また、電子線露光装置１は、主制御部１００と、微動ステージ制御部１１３と、調整ステージ制御部１１４と、粗動ステージ制御部１１５と、基板ステージ１３０とを有する。なお、図１に示すように、電子光学系１０１の光軸ＡＸに平行な方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な方向、且つ、基板ステージ１３０の移動方向をＹ軸方向、Ｚ軸及びＹ軸に垂直な方向をＸ軸方向とする。なお、当然のことながら、Ｚ軸と光軸ＡＸとの平行度や３軸間の垂直度は、本発明の効果が得られる程度にずれていてもよい。

電子光学系１０１は、パターンを転写するためのエネルギーとして、パターンを反映する電子線を基板１０２に投影する光学系であり、真空チャンバ１０８に固定される。真空チャンバ１０８は、除振マウント１０９に支持される。真空チャンバ１０８の内部は、真空ポンプ（不図示）によって、真空状態に維持される。

基板ステージ１３０は、真空チャンバ１０８の内部に配置され、基板１０２を保持して移動する機能を有する。基板ステージ１３０は、微動ステージ１０３と、微動ステージ駆動機構１０４と、調整ステージ１１６と、調整ステージ駆動機構１１７と、固定機構１１８と、粗動ステージ１０５とを含む。

微動ステージ１０３は、微動ステージ制御部１１３の制御下において、微動ステージ駆動機構１０４に駆動（６軸駆動）され、本実施形態では、基板１０２を保持して微小ストローク（第１ストローク）で移動する。６軸駆動は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向への移動のための駆動と、それら３軸の軸回りの回転のための駆動とを含む。

調整ステージ１１６は、調整ステージ制御部１１４の制御下において、調整ステージ駆動機構１１７に駆動（６軸駆動）され、本実施形態では、微動ステージ１０３を保持して微動ステージ１０３のストロークより大きいストローク（第２ストローク）で移動する。但し、Ｚ軸回りの回転の駆動は、本発明で注目している高さ方向（Ｚ軸方向）に関係しない。そのため、Ｚ軸回り（光軸ＡＸ又は光軸ＡＸと平行な軸回り）の回転の駆動は、微動ステージ１０３のＺ軸回りの回転の駆動だけで構成することも可能である。コストの面からも調整ステージ駆動機構１１７は、Ｚ軸回りの駆動以外の５軸駆動で構成することが好ましい。

微動ステージ及び粗動ステージの２つのステージだけの構成の場合、基板の受け渡しのために微動ステージのＺ軸方向の移動ストロークを大きくする必要があった。微動ステージが下がった状態で、基板を吸着するピンが基板を支持したまま露出する。そして、基板と微動ステージとの間に搬送用ハンドが入り、基板を受け取るためである。しかし、光学系の下面と基板との間の間隔が小さくなっている場合、微動ステージの駆動は、制御的にストロークを短くする構成よりも、機構的にストロークを短くする構成の方が衝突の可能性をより低減することができる。一方、基板の受け渡しは必要であるため、本実施形態では、駆動ストロークが大きく、実際の露光時には、機構的に固定されて移動が不能状態で、且つ、駆動制御対象ともならない調整ステージ１１６が設けられている。

図２は、調整ステージ１１６及び調整ステージ駆動機構１１７の構成を示す図である。図２（ａ）は調整ステージ１１６及び調整ステージ駆動機構１１７の上面図、図２（ｂ）は調整ステージ１１６及び調整ステージ駆動機構１１７の正面図、図２（ｃ）は調整ステージ駆動機構１１７の具体的な構成を示す図である。調整ステージ１１６には、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、３つの調整ステージ駆動機構１１７が設けられている。従って、調整ステージ１１６は、後述するように、微動ステージ１０３に保持された基板１０２の位置（Ｚ軸方向の位置）及び傾きを調整（補正）することができる。調整ステージ駆動機構１１７は、例えば、図２（ｃ）に示すように、リニアガイド１３１、直動アクチュエータ１３３、傾斜かわし機構１３４などで構成されるが、これに限定されるものではない。また、固定機構１１８は、調整ステージ１１６が移動しないように機械的に調整ステージ１１６を固定する。

粗動ステージ１０５は、微動ステージ１０３及び調整ステージ１１６を保持し、粗動ステージ制御部１１５の制御下において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動する。即ち、粗動ステージ１０５は、光軸ＡＸと交わる平面内で２軸に駆動される。

レーザ干渉計１０７は、基板ステージ１３０の位置、具体的には、微動ステージ１０３の位置を計測する。図１では、レーザ干渉計１０７として、微動ステージ１０３のＹ軸方向の位置を計測するレーザ干渉計のみが図示されているが、実際には、微動ステージ１０３のＸ軸方向の位置及びＺ軸方向の位置を計測するレーザ干渉計も設けられている。従って、レーザ干渉計１０７は、微動ステージ１０３の６軸方向の位置を計測することができる。

計測部１０６は、基板ステージ１３０（微動ステージ１０３）に保持された基板１０２の上の複数の計測点の高さを計測する。計測部１０６は、その計測結果（計測部１０６で計測された基板１０２の上の複数の計測点の高さ）を主制御部１００に入力する。主制御部１００では、計測部１０６の計測結果に基づいて、基板１０２の上の複数の計測点の高さで代表される（即ち、複数の計測点の高さから近似される）基板の仮想平面が算出される。また、電子線露光装置１には、基板１０２の上のアライメントマークの位置を計測するアライメント計測系（不図示）も設けられている。

主制御部１００は、ＣＰＵやメモリなどを含み、電子線露光装置１の全体（動作）を制御する。本実施形態では、主制御部１００は、微動ステージ制御部１１３、調整ステージ制御部１１４及び粗動ステージ制御部１１５と協同して、基板ステージ１３０（の移動）を制御する。

以下、図３を参照して、電子線露光装置１の動作を説明する。まず、図３（ａ）に示すように、微動ステージ１０３に保持された基板１０２が計測部１０６の視野内に位置する（配置される）ように、粗動ステージ１０５を移動させる。そして、微動ステージ１０３に保持された基板１０２の上の複数の計測点の高さを計測部１０６で計測し、かかる計測結果を主制御部１００に入力して基板１０２の仮想平面１２１を算出する。

次いで、図３（ｂ）に示すように、基板１０２の仮想平面１２１が水平になるように、且つ、基板１０２の仮想平面１２１が初期位置１２０に位置するように、調整ステージ１１６を移動させる。換言すれば、微動ステージ１０３に保持された基板１０２の仮想平面１２１が初期位置１２０に一致するように、調整ステージ１１６によって、基板１０２のＺ軸方向の位置及び傾きを調整（補正）する。但し、基板１０２の仮想平面１２１と初期位置１２０とを一致させても、基板１０２の実際の平面が電子光学系１０１の像面に位置しているわけではない。従って、基板１０２にパターンを転写する際には、後述するように、微動ステージ１０３による基板１０２のＺ軸方向の位置及び傾きを調整（補正）が必要となる。また、基板１０２の仮想平面１２１を初期位置１２０に位置させた後に、固定機構１１８によって調整ステージ１１６を固定する。

ここで、初期位置１２０は、電子光学系１０１の最も基板側の面（下面）と微動ステージ１０３に保持された基板１０２との間であって微動ステージ１０３のストロークから決まる位置に設定される。また、微動ステージ１０３のＺ軸方向（電子光学系１０１の光軸ＡＸに平行な方向）のストロークは、基板１０２の位置（Ｚ軸方向の位置）や傾きを調整する際に、電子光学系１０１の最も基板側の面（下面）に衝突しないように設定される。具体的には、微動ステージ１０３のＺ軸方向のストロークは、電子光学系１０１の下面と基板１０２の仮想平面１２１を初期位置１２０に位置させた基板１０２の表面との間の間隔より小さくなるように設定される。一方、調整ステージ１１６のＺ軸方向のストロークは、少なくとも、微動ステージ１０３に保持された基板１０２の仮想平面１２１を初期位置１２０に位置させることができるように設定される。

次に、図３（ｃ）に示すように、微動ステージ１０３に保持された基板１０２が電子光学系１０１の下に位置するように、粗動ステージ１０５を移動させる。そして、微動ステージ１０３に保持された基板１０２の表面が電子光学系１０１の像面に位置するように微動ステージ１０３を移動させながら、電子光学系１０１からの電子線によって基板１０２にパターンを転写（描画）する。換言すれば、微動ステージ１０３に保持された基板１０２の表面が電子光学系１０１の像面に一致するように、微動ステージ１０３によって、基板１０２のＺ軸方向の位置及び傾きを調整（補正）しながら、基板１０２にパターンを転写する。この際、微動ステージ１０３のＺ軸方向のストロークは、電子光学系１０１の下面と基板１０２の仮想平面１２１を初期位置１２０に位置させた基板１０２の表面との間の間隔より小さくなるように設定されている。従って、微動ステージ１０３、微動ステージ駆動機構１０４、微動ステージ制御部１１３などの故障などで微動ステージ１０３の制御ができなくなったとしても、微動ステージ１０３に保持された基板１０２と電子光学系１０１の下面とが衝突することはない。また、固定機構１１８によって調整ステージ１１６は機械的に固定されているため、調整ステージ１１６の制御ができなくなったとしても、基板１０２と電子光学系１０１の下面とが衝突することはない。

このように、本実施形態の電子線露光装置１では、基板１０２にパターンを転写する前に、基板１０２の仮想平面１２１が水平になるように、且つ、初期位置１２０に位置するように調整ステージ１１６を移動させる。そして、基板１０２の仮想平面１２１を初期位置１２０に位置させた後に、固定機構１１８によって調整ステージ１１６を固定する。これにより、電子線露光装置１では、電子光学系１０１からの電子線を用いて基板１０２にパターンを転写する際に、基板１０２と電子光学系１０１の下面とが衝突することを回避（低減）することができる。従って、電子線露光装置１は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）を提供することができる。ここで、デバイスは、電子線露光装置１を用いてフォトレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像（加工）する工程と、その他の周知の工程と、を経ることにより製造される。

なお、本実施形態では、調整ステージ１１６を移動させることによって基板１０２の仮想平面１２１と初期位置１２０とを一致させている。但し、その移動量が少ない場合には、微動ステージ１０３を移動させることによって基板１０２の仮想平面１２１と初期位置１２０とを一致させてもよい。また、ロット内での基板１０２の基板の高さ（厚さ）や傾きのばらつきが小さい場合には、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す動作を基板ごとではなく、ロットごとに行うようにしてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態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。例えば、本発明は、電子線露光装置以外のリソグラフィ装置、例えば、原版（レチクル又はマスク）のパターンを通過した光を基板に投影する投影光学系を備えた露光装置にも適用することができる。

Claims (7)

1. 基板にパターンを転写するリソグラフィ装置であって、
   前記基板を保持して移動するステージと、
   前記パターンを転写するためのエネルギーを前記ステージに保持された前記基板に投影する光学系と、
   前記ステージに保持された前記基板の上の複数の計測点の高さを計測する計測部と、
   前記ステージを制御する制御部と、
   を有し、
   前記ステージは、
   前記基板を保持して前記光学系の光軸に平行な方向に第１ストロークで移動する微動ステージと、
   前記微動ステージを保持して前記光学系の光軸に平行な方向に前記第１ストロークより大きい第２ストロークで移動する調整ステージと、
   前記調整ステージが移動しないように機械的に前記調整ステージを固定する固定機構と、
   を含み、
   前記制御部は、前記基板に前記パターンを転写する前に、前記計測部で計測された前記複数の計測点の高さで代表される前記基板の仮想平面が水平になるように、且つ、前記仮想平面が前記光学系の最も基板側の面と前記基板との間であって前記第１ストロークから決まる初期位置に位置するように前記調整ステージを移動させ、前記仮想平面を前記初期位置に位置させた後に前記固定機構によって前記調整ステージを固定することを特徴とするリソグラフィ装置。
2. 前記第１ストロークは、前記光学系の最も基板側の面と前記仮想平面を前記初期位置に位置させた基板の表面との間の間隔より小さいことを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ装置。
3. 前記制御部は、前記基板の表面が前記光学系の像面に位置するように前記微動ステージを移動させながら前記基板に前記パターンを転写することを特徴とする請求項１又は２に記載のリソグラフィ装置。
4. 前記ステージは、前記調整ステージを保持して移動する粗動ステージを更に有し、
   前記制御部により、前記微動ステージは６軸に駆動され、前記調整ステージは前記光軸又は前記光軸に平行な軸回りの駆動以外の５軸に駆動され、前記粗動ステージは前記光軸と交わる平面内の２軸に駆動されることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
5. 前記光学系は、前記パターンを転写するためのエネルギーとして、前記パターンを反映する電子線を前記基板に投影することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
6. 前記光学系は、前記パターンを転写するためのエネルギーとして、前記パターンを有する原版を通過した光を前記基板に投影することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
7. 請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置を用いて基板にパターンを転写するステップと、
   前記パターンが転写された基板を加工するステップと、
   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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