JP2015198121A - リソグラフィ装置、ステージ装置、及び物品の製造方法 - Google Patents

リソグラフィ装置、ステージ装置、及び物品の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 ステージの移動方向と、その方向に対する移動条件に応じた支持手段を用いて、スループットの向上と低コスト化の両立が可能なリソグラフィ装置を提供すること。【解決手段】 基板W上にビームを照射する光学系を有する鏡筒CLと、基板Wの主走査方向への長距離移動と副走査方向への短距離移動とを繰り返すステージ装置とを備え、ビームにより基板W上にパターンを形成するリソグラフィ装置に関する。前記ステージ装置は、主走査方向に移動する第1移動体YMと、該第1移動体YMを磁気力により浮上支持して主走査方向に移動可能とする浮上ユニットLVと、副走査方向に移動する第2移動体XMと、該第2移動体XMを接触支持して副走査方向に移動可能とするリニアガイドXGとを有する。【選択図】 図1

Description

本発明は、リソグラフィ装置、ステージ装置、及び物品の製造方法に関する。
近年、半導体集積回路におけるパターンの微細化に伴い、EUV露光装置や電子線描画装置等の真空下で基板にパターン形成を行うリソグラフィ装置の開発が進められている。基板を保持して水平面内の2軸方向にステージを移動させる移動手段としてリニアモータを使用し、ステージの移動を案内する際の支持手段として静圧軸受を用いる技術が知られている(特許文献1)。特許文献1に記載の静圧軸受は、静圧軸受からの排気による真空度の低下を防ぐために、3つの真空ポケットを用いて排気を回収する機構を設けている。
特開2004−363259号公報
ステージが主走査方向に長距離移動したあと、主走査方向と直交方向である副走査方向にステージが短距離移動し、折り返し主走査方向に長距離移動する動作を繰り返しながらパターン形成を行う電子線描画装置がある。
スループットの向上のために、長距離移動をする主走査方向にステージを速く移動させるためにステージを静圧軸受により浮上させることが考えられる。しかしながら、電子線描画装置のように真空チャンバ内でステージを高速に移動する装置に対して静圧軸受を使用すると、静圧軸受から生じる排気の回収が間に合わなくなり真空度が低下する恐れが生じる。一方、前述の移動方式のような副走査方向への総移動距離が短い場合にまで静圧軸受のような耐久性に優れたガイドを用いると、不要なコストがかかってしまう。
そこで、本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、ステージの移動方向と、その方向に対する移動条件に応じた支持手段を用いて、スループットの向上と低コスト化の両立が可能なリソグラフィ装置を提供することを目的とする。
本発明は、基板上にビームを照射する光学系を有する鏡筒と、前記基板の主走査方向への長距離移動と副走査方向への短距離移動とを繰り返すステージ装置とを備え、前記ビームにより前記基板上にパターンを形成するリソグラフィ装置であって、前記ステージ装置が、前記主走査方向に移動する第1移動体と、該第1移動体を磁気力により浮上支持し、前記主走査方向に移動可能とする浮上ユニットと、前記副走査方向に移動する第2移動体と、該第2移動体を接触支持し、前記副走査方向に移動可能とするリニアガイドとを有することを特徴とする。
本発明のリソグラフィ装置によれば、ステージの移動方向と、その方向に対する移動条件に応じた支持手段を用いて、スループットの向上と低コスト化の両立が可能となる。
第1の実施形態に係るステージを有する描画装置の構成図。 ステージYMを鉛直方向から見た図。 ステージYMの移動軌跡を示す図。 第2の実施形態に係るステージについて説明する図。
[第1の実施形態]
(描画装置の構成)
本発明に係るステージ装置の実施形態について、図1(a)(b)を用いて説明する。図1(a)はレジストの塗布されているウエハ(基板)W上に電子線を照射してパターン形成を行う描画装置(リソグラフィ装置)1の正面図である。Y軸方向に対する、ステージ装置の構成は図2を用いて後述する。
鏡筒CLは、電子線を発生する電子源(不図示)と、電子源から射出された電子線をウエハW上に集束する電子光学系EOを有している。さらに、鏡筒CLは真空チャンバVCを貫通するように設置されており、真空チャンバVC内及び鏡筒CL内は真空ポンプ(不図示)を用いて高真空雰囲気に保たれている。真空チャンバVC内で移動する、後述のステージXMやステージYMの周囲の真空度は、例えば1×10−2Pa以下1×10−6Pa以上である。
真空チャンバVC内の底部には、土台となる定盤BS、及び定盤BSを支え定盤BSへ伝わる外部振動を低減するためのマウントMTがある。定盤BS上にはX軸方向(副走査方向、第2方向)に移動可能なステージXM(第2移動体)がある。ステージXMの上方には、ステージXMと対面し、かつウエハWを保持した状態でX軸方向、Y軸方向(主走査方向、第1方向)、及びZ軸方向への移動が可能なステージYM(第1移動体)がある。制御部2はステージXMやステージYMを移動するためのアクチュエータを制御する。
ステージYM上には、X軸方向の位置を計測するために用いるミラーXBMがある。真空チャンバVCから吊り下げられている干渉計Lは、ミラーXBMに向けてレーザ光を射出し、ミラーXBMが反射したレーザ光と参照光との干渉光を検出する。干渉計Lは、この干渉光の強度変化に基づいてステージYMのX軸方向の変位を計測する。Y軸方向及びZ軸方向の変位も、ミラーYBM(図2(a)に図示)とZ軸方向用のミラー(不図示)を用いて同様に計測する。干渉計Lによる検出結果から、検出器3がステージYMのX軸、Y軸、Z軸方向の位置を出力する。
主制御部4は、制御部2と検出器3に接続されている。主制御部4は、検出器3の計測結果に基づいて、ステージXM及びステージYMに必要な移動量を制御部2に指示する。制御部2の指示に基づいてステージXMとステージYMが同期しながら移動をし、ステージYMの6軸方向(X、Y、Z、ωx、ωy、ωz)の位置が制御される。
(ステージ装置の構成)
ステージXMは、リニアモータXLM(図1(b)に図示)によって定盤BS上をX軸方向に移動する。転動体が転がる機構を利用したガイド(第2ガイド)(以下、リニアガイドと称す)XGは、ステージXMを定盤BSに対して接触支持しながらX軸方向への移動を案内する。リニアガイドXGはガイド軸XGSとスライダーXGMによって構成されている。本実施形態におけるステージ装置は、図1(a)に示すようにX軸方向に2つ、図1(b)に示すようにY軸方向に2つ、の合計4つのスライダーXGMを有している。
ステージYMは、後述の磁石ユニットXAM、YAM、ZAMと、各々の磁石ユニットに対応するコイルXAC、YAC、ZACによるリニアモータ機構で移動する。図1(a)に示す浮上ユニットLV(第1ガイド)は、ステージYMをステージXMに対して浮上支持しながらY軸方向への移動を案内する。浮上ユニットLVは、ステージYMの下方(第1移動体の下方)にあるステージXMに固定された固定部LVSと、固定部LVSに対して磁気力により浮上しながらステージYMと共に移動する可動部LVMを有している。
可動部LVMは、保持部LVMSと、長手方向がY軸方向である直方体形状の永久磁石LVMM1、LVMM2を有している。永久磁石LVMM1と永久磁石LVMM2は互いに鉛直方向逆向きに着磁されている。固定部LVSと保持部LVMSの材料は、鉄、ニッケル合金等の高い透磁率を有する材料である。永久磁石LVMM1及び永久磁石LVMM2と固定部LVSの間にはたらく磁気吸引力によって、ステージYMは浮上状態を保つことができる。
リニアガイドXGは、接触式の支持手段の中でも低コストで済む。浮上ユニットLVは、真空中で使用する場合であっても、静圧軸受を使用する場合に比べて低コスト化を図ることができる。
また、浮上ユニットLVは、同じ非接触式のガイドとして知られている静圧軸受よりも、高速移動に対応することができる。静圧軸受を適用した場合はステージYMを5μm程度しか浮上させることができないのに対し、磁気力による浮上支持手段であればステージYMを0.5〜10mm浮上させることができ、高速で移動した場合であっても被浮上面(本実施形態の場合はステージXM)に接触してしまう恐れが少ないからである。
ステージYMの底面には、ステージYMを移動するアクチュエータが配置されている。アクチュエータの可動子として磁石ユニットXAM、YAM、ZAMがある。磁石ユニットXAMはステージYMをX軸方向に移動し、2つの磁石ユニットYAMはステージYMをY軸方向に移動し、4つの磁石ユニットZAMはステージYMをZ軸方向に移動する。各々の磁石ユニットXAM、YAM、ZAMは、各々の磁石ユニットXAM、YAM、ZAMに対応するアクチュエータの固定子である、コイルXAC、YAC、ZACが貫通できるように中空の構造をしている。
磁石ユニットYAMは、コイルYACの上下に磁石YAMMを各々配置しており、各々の磁石YAMMのさらに上下をヨークYAMYで挟んでいる。さらに、ヨークYAMY同士を中間部材YAMIで固定している。Y軸方向には異なる磁極の磁石YAMMが交互に並べられている。
磁石ユニットZAMの磁石ZAMM1同士、ZAMM2同士には互いに異なる向きの磁性を帯びた磁石である。磁石ZAMM1、ZAMM2の側面にはヨークZAMYが配置されており、ヨークZAMY同士を中間部材ZAMIで固定している。
磁石ユニットXAMは、コイルXACの上下にある磁石XAMMと、各々磁石の上下に配置されたヨークXAMYと、ヨークXAMY同士を連結するように固定する中間部材XAMIで構成されている。各々の磁石XAMMはX軸方向に異なる向きの磁性を帯びた磁石である。
次に、鉛直方向上側からステージYMを見た図を図2(a)に示す。鏡筒CLの中央には電子線の射出口BAを図示している。射出孔BAの幅は60μm〜200μmである。ステージXMからステージYMを見た図を図2(b)に示す。
コイルXACは単相の長円形コイルであって、XY平面においてY軸方向に長い形状をしている。コイルZACも単相の長円形コイルであり、コイルZACの成す面がコイルXACの成す面と直角を成すように配置されている。一方、コイルYACは多相コイルで構成されており、ステージYMをY軸方向に長距離移動できる構成となっている。
制御部2は、コイルXACに電流を流して、電磁力により磁石ユニットXAM及びステージYMをX軸方向に移動する。制御部2によるステージYMのX軸方向への制御は、X軸方向への微少な位置調整の他、ステージXMの移動に追従するようにステージXMと連動して移動するために行われる。同様にコイルZACに電流を流して、磁石ユニットZAM及びステージYMをZ軸方向に移動する。さらに、制御部2はステージYMの位置に応じたコイルYACの所定のコイルに対して電流を流して、磁石ユニットYAM及びステージYMをY軸方向に移動する。
図2(b)に示すように、コイルZACの各コイルは、X軸方向、Y軸方向に対して離間して配置されている。これにより、描画中に、ウエハW表面の微小な凹凸等に合わせてステージYMの傾きを制御することができる。このようにして、制御部2からの指示に基づいて各々のコイルに対して流れる電流量、電流の方向、及びタイミング等に応じて、ステージYMの位置が制御される。
(ステージの移動について)
以上の構成により、ステージXMはリニアガイドXGによって支持されながらX軸方向へ進み、ステージYMは浮上ユニットLVによって支持されながらY軸方向へ進む。ステージXMとステージYMの移動によって、ウエハWは図3に示すような軌跡を描く。電子線でパターンを描画している最中にY軸方向に長距離移動するスキャン動作(実線部)と、電子線を照射していない間にX軸方向に短距離移動するステップ動作(破線部)とを繰り返す。ステップ動作中には、Y軸方向への移動成分も含まれるため、Uターンを示す軌跡となっている。
直径300mmのウエハWを用いてパターンを描画する場合であって、加速及び減速の間は電子線を照射しないとすると、一度のスキャン動作あたりのY軸方向への移動距離は、500mm〜1000mmとなる。加速や減速時の速度に応じて移動距離は変動する。それに対して、照射領域BAの幅が200μmの場合は、1度のステップ動作によるX軸方向への移動距離は200μmである。
描画装置1が1枚のウエハに対して照射領域BAの幅が200μmでパターンを描画するにあたり、1枚のウエハWに描画し終えるまでに移動する総移動距離について説明する。直径300mmのウエハWに対して、途中でアライメント計測等を行わずにパターンを形成する場合に、X軸方向には余裕を持たせても400mmしか移動しない。
一度のスキャン動作当たりの移動距離が一定であるとすると、Y軸方向に対する総移動距離は1000000〜2000000mmにも達する。すなわち、1枚のウエハを処理するに当たり、X軸方向への総移動距離は、Y軸方向への総移動距離の1/5000〜1/2500しか移動しない。
照射領域BAの幅が200μmよりも小さい場合はY軸方向に対する総移動距離は前述の値よりもさらに小さくなる。たとえ、照射領域BAの幅が200μmよりも大きい場合であったとしても、ステージYMのX軸方向の移動距離は、Y軸方向への移動距離の1/500以下の距離しか移動しない。
スループット向上のため、Y軸方向への移動は高速で行う必要がある。例えば、最大速度が1000mm/s、より好ましくは1500mm/s〜2500mm/sである。X軸方向への移動はわずかであり、1度のステップ動作では大きな速度を出すことができないため、最大速度は5mm/s以下である。より好ましくは2mm/s以下とする。
本実施形態におけるステージ構成の場合、X軸方向への移動は、1度のステップ動作あたりの速度は小さく移動距離は短い。一方、Y軸方向への移動は、X軸方向に比べて、1度のスキャン動作あたりの速度は大きく移動距離は長い。すなわち、ステージ装置のX軸方向への移動量はY軸方向への移動量に比べて相対的に短く、また、X軸方向への移動速度はY軸方向への移動速度に比べて相対的に遅いという移動方式である。
このような移動をする場合に、X軸方向への移動速度は小さいことから、非接触ガイドの使用を要しない。移動距離も短いため高耐久性も要求されない。よって、ステージXMの支持手段として接触式のリニアガイドXGを使用することが可能である。これにより、他の支持手段を用いて移動を案内する場合に比べて低コスト化が実現できる。
さらに、Y軸方向への移動を浮上ユニットLVを用いて支持しながら移動を案内することによって、排気機構付きの静圧軸受を使用する場合に比べて、スループットを向上することもできる。
仮に、2軸方向の移動手段を同じにしようとすると、リニアガイド同士では高速化に対応できずスループットが低減するだけでなく、高速移動による摩耗が激しくなり寿命が短くなる。2軸とも浮上ステージを使用した場合は、6軸干渉計が2セット必要となってしまうため高コスト化を引き起こす上に、X軸移動は速度を大きくしてもスループット向上への寄与が小さいため大幅なスループットの向上にはならない。
以上のことから、ステージの移動方向、及びその方向に対する速度及び移動距離等の移動条件に応じた支持手段を用いることが必要となる。本実施形態のように磁気力による支持手段とリニアガイドによる接触支持との、2種類の支持手段を移動条件に応じて使い分けることで、スループットの向上と低コスト化を両立することが可能となる。
[第2の実施形態]
図4は第2の実施形態に係るステージ装置を有する描画装置1を、鉛直方向上側からステージYMを見た図示している。第2の実施形態では、1枚のウエハWに対して4本の鏡筒CLから射出される電子線で描画を行う点で第1の実施形態とは異なる。電子線を射出する鏡筒が4倍になった分、一度に描画できるX軸方向の幅が4倍となる。1つの鏡筒CLによる描画領域を整数倍することで他の鏡筒CLによる描画領域となるように4本の鏡筒CLを適切な間隔で並べれば、ステージXMの合計の移動量を約1/4に低減することが可能となる。
これにより接触方式のリニアガイドXGの移動距離が減ることになる。すなわち、複数の鏡筒を設けることで、リニアガイドXGの摩耗速度を低減させるとともに、真空チャンバVC内においてパーティクルが発生する場合であってもその発生量を低減することが可能となる。さらに、鏡筒CLの本数を増やすことによって一度に描画できる面積が増える分、スループットを向上する効果も得られる。このようにして、各々の移動方向への移動量が相対的に異なる移動方式を活かしつつ、さらにスループットを向上することができる。
[その他の実施形態]
磁気力によって支持されて移動するステージとリニアガイドで支持されて移動するステージのどちらが上方でも構わないが、前述の実施形態のように磁気力によって支持されながら移動するステージが上となる構成のほうが好ましい。逆にしてしまうと、ステージの重力に逆らって浮上させるための強力な磁性体を用意するか、あるいはZ軸方向への移動用のアクチュエータ機構に対してより大きな動力を与えなければならないからである。
ステージXMを移動するアクチュエータは、位置決め精度や応答性の良さ、及び耐摩耗性に優れている観点からリニアモータ機構であることが好ましいが、その他のアクチュエータ機構でも構わない。少なくとも描画装置1のメンテナンス時までの耐久性があるのであれば、回転モータによる回転運動を直動運動に変換するアクチュエータ機構(回転モータとボールねじの組み合わせ、回転モータとカム及びリンクの組み合わせ等)であっても構わない。これらのアクチュエータを用いた場合であっても所望の位置決め精度が得られるのであれば、よりステージ装置の低コスト化につながるからである。
なお、本発明のステージ装置は、以上の実施形態の説明におけるステージXM、ステージYM、磁石ユニットXAM、YAM、コイルXAC、YAC、リニアガイドXG、XリニアモータXLMと、磁石ユニットZAMとコイルZACを有するアクチュエータ及び浮上ユニットLVの少なくとも一方と、を有する。磁気力による浮上支持は浮上ユニットLVだけでなくとも、Z軸方向へ移動するアクチュエータを浮上ユニットとして兼用したり、これで代用したりすることもできる。しかし、Z軸方向へ異動するアクチュエータはウエハWの凹凸に合わせた照射面の傾き補正のためだけに用いる、あるいは浮上ユニットLVと兼用で用いる構成のほうが、コイルZACに流す電流を低減できるため好ましい。これにより、コイルZACの発熱を抑制することが可能となり、ウエハWの熱変形を抑制することができる。
本発明のステージ装置は、電子線を用いた描画装置に限らず、KrFやEUV等の光線、イオンビームやレーザビームを照射してパターンを形成するリソグラフィ装置や、インプリント法を用いてパターンを形成するリソグラフィ装置にも適用できる。また、基板を保持して移動するステージ装置を有する、その他の処理装置にも適用できる。特に真空チャンバ内のように、大気圧中に比べて選択可能な支持手段に制約が生じやすい場合や、2軸方向に対する移動条件が異なる場合に好適である。
[物品の製造方法]
本発明の物品(半導体集積回路素子、液晶表示素子、CD−RW、フォトマスク等)の製造方法は、前述の実施形態のステージ装置を用いて基板(ウエハやガラス板等)上にパターンを露光する工程と、露光された基板を現像する工程とを含む。さらに、他の周知の処理工程(酸化、成膜、蒸着、エッチング、イオン注入、平坦化、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等)を含んでも良い。
1 描画装置
3 制御部(ステージ用)
4 主制御部
CL 鏡筒
CV 真空チャンバ
EO 光学系
LV 浮上ユニット
LVMM1、LVMM2 永久磁石
XG リニアガイド
XLM リニアモータ
XM、YM ステージ
W ウエハ
ZAC 磁石ユニット(Z軸方向用)
ZAC コイル(Z軸方向用)

Claims (11)

  1. 基板上にビームを照射する光学系を有する鏡筒と、前記基板の主走査方向への長距離移動と副走査方向への短距離移動とを繰り返すステージ装置とを備え、前記ビームにより前記基板上にパターンを形成するリソグラフィ装置であって、
    前記ステージ装置が、
    前記主走査方向に移動する第1移動体と、
    該第1移動体を磁気力により浮上支持し、前記主走査方向に移動可能とする浮上ユニットと、
    前記副走査方向に移動する第2移動体と、
    該第2移動体を接触支持し、前記副走査方向に移動可能とするリニアガイドとを有することを特徴とするリソグラフィ装置。
  2. 前記第1移動体は前記第2移動体の上方にあり、前記第1移動体は前記第2移動体と連動して前記副走査方向にも移動する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. 真空チャンバを有し、前記ステージ装置は、前記真空チャンバ内で移動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. 1枚の前記基板に対する前記パターンの形成に伴う、前記第2移動体の総移動距離は、前記第1移動体の総移動距離の1/500以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のリソグラフィ装置。
  5. 前記ステージ装置の移動を制御する制御部を有し、
    前記制御部は、前記パターンを形成している間における前記第1移動体の最大速度が1000mm/s以上の速度となるように制御することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のリソグラフィ装置。
  6. 前記ステージ装置の移動を制御する制御部を有し、
    前記制御部は、前記パターンを形成している間における前記第2移動体の最大速度が5mm/s以下の速度となるように制御することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のリソグラフィ装置。
  7. 前記浮上ユニットは、前記第1移動体に設けられている永久磁石と、前記第1移動体の下方に固定して設けられている磁性体とを有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のリソグラフィ装置。
  8. 複数の前記鏡筒を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のリソグラフィ装置。
  9. 主走査方向に長距離移動する第1移動体と、
    該第1移動体を磁気力により浮上支持し、移動可能とする浮上ユニットと、
    副走査方向に短距離移動する第2移動体と、
    該第2移動体を接触支持し、移動可能とするリニアガイドとを有し、
    前記第1移動体と前記第2移動体とが連動して移動することを特徴とするステージ装置。
  10. 第1方向に移動する第1移動体と、前記第1方向の移動量より短い移動量で、前記第1方向とは異なる第2方向に移動する第2移動体とを有し、前記第1移動体と前記第2移動体とが連動して移動するステージ装置であって、
    前記第1移動体を磁気力により浮上支持し、前記第1方向に移動可能とする第1ガイドと、
    該第2移動体を接触支持し、前記第2方向に移動可能とする第2ガイドとを有することを特徴とするステージ装置。
  11. 請求項1乃至8のいずれか1項に記載のリソグラフィ装置を用いて、基板にビームを照射する工程と、前記基板に対してエッチング処理及びイオン注入処理の少なくともいずれか一方を施す工程とを有することを特徴とする物品の製造方法。
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