JP2020046681A

JP2020046681A - 露光装置

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Publication number: JP2020046681A
Application number: JP2019224190A
Authority: JP
Inventors: 教宏三池; Norihiro Miike
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2020-03-26

Abstract

【課題】感光基板の移動を高速かつ高精度に制御する。【解決手段】物体を支持する支持装置と、前記支持装置に支持された物体に対して露光光を照射する照明系と、前記照明系に照射された前記物体を、前記支持装置の支持から外れるように移動させる駆動系と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、基板を露光する露光装置に関するものである。

従来、半導体素子又は液晶表示素子等を製造する際に、マスク（レチクル、フォトマスク等）のパターンを投影光学系を介してレジストが塗布されたプレート（ガラスプレート又は半導体ウエハ等）上に投影露光する露光装置が使用されている。ここで露光装置としては、ステップ・アンド・リピート方式でプレート上の各ショット領域にそれぞれレチクルのパターンを一括露光する露光装置と、ステップ・アンド・スキャン方式でマスク及びプレートを投影光学系に対して同期して走査させつつマスクのパターンをプレート上に露光する露光装置が存在する。

このような露光装置においては、投影光学系に対してプレートを載置する基板ステージを移動させることにより、プレートの各領域に対してマスクのパターンの転写を行っている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２０３１１３号公報

ところで上述の露光装置においては、感光基板を基板ホルダに固定して基板ステージに載置しているため、感光基板の大型化に伴い、基板ホルダ及び基板ステージも大型化し、その重量も増大する。この場合、基板ステージの駆動において大きな慣性力が作用することになり、感光基板を高速かつ高精度に移動させることが困難となる。また、感光基板が基板ホルダに固定されるため、基板ホルダの全面にわたって露光時に必要な所定の平面度が要求され、その製造が困難となる。

本発明の目的は、感光基板の移動を高速かつ高精度に制御することができる露光装置を提供することである。

本発明の露光装置は、物体を支持する支持装置と、前記支持装置に支持された物体に対して露光光を照射する照明系と、前記照明系に照射された前記物体を、前記支持装置の支持から外れるように移動させる駆動系とを備える。

本発明の露光装置によれば、感光基板が大型化される場合にも、感光基板の移動を高速かつ高精度に制御することができ、感光基板に対する露光処理を精密に、かつ高スループットで行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る露光装置の全体構成を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る基板ステージの構成を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る保持部の構成を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る基板ステージの構成を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る基板ステージ上におけるプレートの移動の状態を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る浮上機構によるプレートの浮上の状態を示す図である。本発明の実施形態に係る基板ステージに設けられた支持部の他の構成を示す図である。本発明の実施形態に係る基板ステージに設けられた支持部の他の構成を示す図である。本発明の実施形態に係る保持部の他の構成を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る露光装置で用いる基板トレイ及び移動機構を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る露光装置で用いる基板トレイ及び移動機構を示す図である。本発明に係るデバイス製造方法の製造工程を示すフローチャートである。本発明に係るデバイス製造方法の製造工程を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る露光装置、露光方法及びデバイス製造方法について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかる露光装置の全体構成を示す図である。本実施形態においては、投影光学系ＰＬに対して、マスクステージＭＳにより支持されたマスクＭと基板ステージＳＴに載置されたプレートＰとが静止した状態で、マスクＭに設けられたパターンをプレートＰに転写してプレートＰをステップ移動させる露光処理を順次行うステップ・アンド・リピート方式の露光装置を例に挙げて説明する。なお、以下の説明においては、図１中に示すようにＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がプレートＰに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がプレートＰに対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ直交座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。

図１に示す露光装置は、マスクＭのパターンを介してプレートＰに露光光を照射する照明装置ＩＬを備えている。照明装置ＩＬは光源及び照明光学系等から構成されており、照明装置ＩＬから射出した露光光はマスクＭ上の照明領域内を均一に照明する。マスクＭを通過した露光光は投影光学系ＰＬに入射し、投影光学系ＰＬはマスクＭに設けられたパターンの投影像をプレートＰ上に形成する。

露光装置には、プレートＰが載置される基板ステージＳＴが設けられている。図２に示すように、基板ステージＳＴの上面の略中央部には、プレートＰを支持する支持部（支持面）１０が形成されており、支持部１０は露光処理に必要な所定の平面度を有している。

また、露光装置には、支持部１０に対してプレートＰをＸＹ平面内で移動させる移動機構２０が設けられている。移動機構２０は、駆動部２２、棒状部材２２ａ及び保持部２２ｂを備えて構成されており、プレートＰは、＋Ｘ側の縁部が基板ステージＳＴの＋Ｘ側に位置する駆動部２２から延びる２本の棒状部材２２ａの先端部に設けられた保持部２２ｂにより保持されると共に、−Ｘ側の縁部が基板ステージＳＴの−Ｘ側に位置する駆動部２２から延びる１本の棒状部材２２ａの先端部に設けられた保持部２２ｂにより保持されている。ここで保持部２２ｂは、図３に示すように、プレートＰの上面を吸着して保持する構成を有する。移動機構２０は、駆動部２２をＹ方向に移動させることにより、基板ステージＳＴ上において支持部１０に対してプレートＰをＹ方向に移動させ、駆動部２２によって棒状部材２２ａの長さを調整することにより、プレートＰをＸ方向に移動させる。

また、基板ステージＳＴは、図２及び図４に示すように、プレートＰを支持部１０から浮上させる浮上機構２４、プレートＰを基板ステージＳＴに吸着させる吸着機構２６を備えている。即ち、基板ステージＳＴの上面の支持部１０を除く位置には、複数の給気・吸気口２５がＸ軸方向及びＹ軸方向に所定間隔で設けられており、浮上機構２４により給気・吸気口２５からプレートＰと基板ステージＳＴの上面との間に、気体を供給することによりプレートＰを支持部１０から浮上させ、吸着機構２６により給気・吸気口２５からプレートＰと基板ステージＳＴの上面との間の気体を吸引することによりプレートＰを支持部１０に吸着させる。

図５は、基板ステージＳＴ上におけるプレートＰの移動を説明するための図である。移動機構２０は、駆動部２２を駆動して、プレートＰ上の図示しない各ショット領域を基板ステージＳＴ上の支持部１０上に移動させる。例えば、プレートＰの＋Ｘ側かつ＋Ｙ側に位置するショット領域を支持部１０による被支持領域３０（図４参照）とする場合には、移動機構２０は、駆動部２２によりプレートＰを符号Ｐ１で示す位置に移動させて、そのショット領域を支持部１０上に位置させる。また、プレートＰの−Ｘ側かつ−Ｙ側に位置するショット領域を支持部１０による被支持領域３０とする場合には、移動機構２０は、駆動部２２によりプレートＰを符号Ｐ２で示す位置に移動させて、そのショット領域を支持部１０上に位置させる。

本実施形態にかかる露光装置においては、照明装置ＩＬからの露光光の照射領域とプレートＰとを相対変位させ、プレートＰの各ショット領域を被支持領域３０として支持部１０上に順次位置させることで、その各ショット領域に対してマスクＭのパターンの転写を行う。即ち、図６に示すように浮上機構２４により給気・吸気口２５からプレートＰと基板ステージＳＴの上面との間に、気体を供給することによりプレートＰを基板ステージＳＴから浮上させつつプレートＰを支持部１０に対して移動させる。その際、プレートＰは支持部１０に対して僅かに浮上し、または接した状態で移動する。そして、基板ステージＳＴの支持部１０上の被支持領域３０にプレートＰの次のショット領域が位置した場合には、吸着機構２６により給気・吸気口２５からプレートＰと基板ステージＳＴの上面との間の気体を吸引することによりプレートＰを支持部１０に吸着させ、支持部１０により支持されたプレートＰのショット領域（被支持領域３０）内に照明装置ＩＬから射出させた露光光を照射し露光を行う。ここで、照明装置ＩＬは、プレートＰのうち支持部１０に支持された被支持領域３０内のみに露光光を照射する。

本実施形態にかかる露光装置においては、上述したように移動機構２０を用いて基板ステージＳＴ上におけるプレートＰの移動を行うため、従来技術に係る基板ホルダや基板ステージのようにプレートＰの大きさに伴って大型化かつ重量化される部材をプレートＰとともに移動させる必要がなく、プレートＰの移動を高速かつ高精度に制御することができ、プレートＰに対する露光処理を精密に、かつ高スループットで行うことができる。

また、本実施形態にかかる露光装置では、基板ステージＳＴ上の所定の支持部１０のみにおいて露光処理に必要な所定の平面度を確保すればよいため、従来の露光装置における基板ホルダが全面にわたってその所定の平面度を必要としていたのに比して、平面度を確保するための加工処理（製造工程）が容易となる。

なお、上述の実施形態においては、基板ステージＳＴに設けられた支持部１０は、基板ステージＳＴの上面の他の領域と同じ高さに形成されていたが、図７に示すように、支持部４０を基板ステージＳＴの上面に設けられた凸部４１上に形成してもよい。この場合においては、支持部４０において露光処理に必要な所定の平面度を確保するための加工処理が支持部１０に比べて一層容易となる。また、支持部４０を凸部４１上に形成した場合には、保持部２２ｂに替えて、図８に示すように、プレートＰの端部を把持する保持部４２を用いることができる。保持部４２では、プレートＰを把持することで、保持部２２ｂに比してより確実にプレートＰを保持することができる。

このような支持部４０を備える基板ステージＳＴ上において、プレートＰを移動させ、プレートＰの各ショット領域に対して露光を行う場合には、図７に示すように浮上機構２４により給気・吸気口２５からプレートＰと基板ステージＳＴの上面との間に気体を供給することによりプレートＰを基板ステージＳＴから浮上させつつプレートＰを移動させる。その際、プレートＰは支持部４０に対して僅かに浮上し、または接した状態で移動する。そして、基板ステージＳＴの支持部４０上の被支持領域３０にプレートＰの次のショット領域が位置した場合には、吸着機構２６により給気・吸気口２５からプレートＰと基板ステージＳＴの上面との間の気体を吸引することによりプレートＰを支持部４０に吸着させ露光を行う。

また、図９に示すように、凸部４１上の支持部４０の周囲に、複数の吸気口４４を設け、吸気口４４から気体を吸引することによりプレートＰを支持部４０に吸着させるようにしてもよい。この場合には、支持部４０に対してプレートＰの各ショット領域を一層確実に吸着させることができる。

次に、図面を参照して、第２の実施形態に係る露光装置について説明する。なお、第２の実施形態に係る露光装置は、基板ステージＳＴ上におけるプレートＰの保持方法が異なる点を除き第１の実施形態に係る露光装置と同一の構成である。従って、第２の実施形態に係る露光装置の説明においては、第１の実施形態に係る露光装置と異なる部分についてのみ説明を行う。また、以下の説明において第１の実施形態と同一構成には、同一の符号を付して説明を行なう。

本実施形態に係る露光装置においては、図１０及び図１１に示すようにプレートＰの周縁部を基板トレイＰＴにより保持し、基板ステージＳＴの＋Ｘ側に位置する駆動部２２から延びる２本の棒状部材２２ａの先端部に設けられた保持部５０と、基板ステージＳＴの−Ｘ側に位置する駆動部２２から延びる１本の棒状部材２２ａの先端部に設けられた保持部５０とにより基板トレイＰＴを保持し、駆動部２２を駆動して、基板ステージＳＴ上の支持部４０に対してプレートＰの移動を行う。この場合には、図３に示す保持部２２ｂと同様の吸着機構により、基板トレイＰＴの上面を吸着して保持することができる。

また、プレートＰを基板トレイＰＴにより保持する場合には、基板ステージＳＴ上においてプレートＰを浮上させるための浮上機構を基板ステージＳＴに設けてもよいし、基板トレイＰＴに設けてもよい。即ち、給気・吸気口２５を基板ステージＳＴの上面に設け、この給気・吸気口２５から気体を供給することにより、基板ステージＳＴ上において基板トレイＰＴを浮上させてもよいし、給気・吸気口２５を基板トレイＰＴの下面に設け、この給気・吸気口２５から気体を供給することにより基板トレイＰＴを基板ステージＳＴ上において浮上させてもよい。更に、基板ステージＳＴの上面及び基板トレイＰＴの下面の両方に給気・吸気口２５を設けてもよい。

なお、上述した第１及び第２の実施形態においては、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置を例に挙げて説明したが、マスクＭを保持するマスクステージＭＳとプレートＰとを同期移動させつつマスクＭに設けられたパターンの投影像をプレートＰ上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に本発明を適用することもできる。

また、上述した第１及び第２の実施形態では、１つの投影光学系を備えた露光装置を例に挙げて説明したが、複数の投影レンズを備えるマルチレンズ式の露光装置に本発明を適用することも可能である。この場合には、各投影レンズに対応する基板ステージＳＴ上の領域、すなわち照明装置ＩＬが各投影レンズを介して露光光を照射する領域のそれぞれに、上述の実施形態に係る支持部１０または支持部４０を形成し、プレートＰの各ショット領域の少なくとも一部を順次支持部１０または支持部４０上に位置させて露光を行う。

また、上述した第１及び第２の実施形態においては、支持部１０または支持部４０は、露光処理に必要な所定の平面度を有する面状の支持部として形成されているが、面状の支持部に限定されず、例えば複数のピン状部材を形成し、この複数のピン状部材の先端部（支持点）の高さを露光処理に必要な所定の平面度に対応する高さ範囲内に設けることにより、支持部１０または支持部４０に代わる支持部とすることができる。この場合、各ピン状部材の先端部によりプレートＰが支持される。

また、上述した第１及び第２の実施形態では、投影光学系を備えた露光装置を例に挙げて説明したが、マスクＭのパターンを投影光学系を介すことなくプレートＰ上に露光するプロキシミティ露光装置に本発明を適用することもできる。

次に、本発明に係る露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図１２は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。この図に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウエハに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、本発明に係る露光装置を用いて、マスクに形成されたパターンをウエハ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウエハの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。その後、ステップＳ４６によってウエハ表面に形成されたレジストパターンを加工用のマスクとし、ウエハ表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。

ここで、レジストパターンとは、本発明にかかる露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が形成されたフォトレジスト層（転写パターン層）であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウエハ表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウエハ表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、本発明にかかる露光装置は、フォトレジストが塗布されたウエハを感光基板としてパターンの転写を行う。

図１３は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。この図に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。

ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレート（感光基板）Ｐとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、本発明にかかる露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、本発明にかかる露光装置を用いてフォトレジスト層に、マスクに設けられたパターンの投影像を転写する露光工程と、パターンの投影像が転写されたプレートの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層（転写パターン層）の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を形成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板を加工する加工工程とが含まれている。

ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応する３つのドットの組をマトリクス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。

また、本発明は、半導体デバイスまたは液晶デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、プラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。

ＩＬ…照明装置、ＰＬ…投影光学系、Ｍ…マスク、Ｐ…プレート、ＭＳ…マスクステージ、ＳＴ…基板ステージ、ＰＴ…基板トレイ、２０…移動機構、２２…駆動部、２４…浮上機構、２５…給気・吸気口、２６…吸着機構。

Claims

物体を支持する支持装置と、
前記支持装置に支持された物体に対して露光光を照射する照明系と、
前記照明系に照射された前記物体を、前記支持装置の支持から外れるように移動させる駆動系と、を備える露光装置。