JP3184510B2

JP3184510B2 - 基板支持装置

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Publication number: JP3184510B2
Application number: JP18823389A
Authority: JP
Inventors: 真一原; 俊一鵜澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-07-19
Filing date: 1989-07-19
Publication date: 2001-07-09
Anticipated expiration: 2016-07-09
Also published as: JPH0350819A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、マスク上に描かれたパターンの像を感光剤
を塗布したウエハ等の基板上に露光する露光装置に用い
て好適な基板支持装置に関する。

〔従来技術〕

第１図は、従来の露光装置において用いられていた基
板支持装置の概略構成を示す模式図である。

同図において、１は基板、２は基板支持部、３は板バ
ネ、４は軸、５はステージを示す。基板１を載置する基
板支持部２は、板バネ（ベアリング等による場合もあ
る）および軸４等でステージ５に固定されており、ステ
ージはエア・クツシヨン等で除振を行なわれている。

ところで従来は、現在程の微細なパターンの露光を行
なっていなかったこと等により、上記のような構成にお
いてステージ５の除振が充分であれば、基板支持部２の
振動による基板１の変位は無視できる量であった。

ところが、最近では超微細なパターンを基板上に形成
するために高出力の線源が用いられるようになってお
り、その結果、線源からの光線が基板で散乱または吸収
されることによって発生する熱およびステージや雰囲気
からの熱によって基板および基板支持部で熱膨張が生
じ、その熱膨張は無視できない変位量になっている。そ
のため基板および基板支持部を冷却する方式が考えられ
ているのだが、この様な方式を用いると冷却水が流路を
通過する際の管摩擦および冷却水の脈動により、新たに
基板および基板支持部に力が加わってしまう。そして、
この力による基板および基板支持部の振動による変位は
0.00数〜0.0数μｍとなり、超微細なパターンを形成す
るうえで必要とされる高精度な位置合わせを困難にする
という問題点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、上述のような問題点に鑑み、基板支持装置
において基板および基板支持部の振動を抑え、露光時の
基板の振動によるパターン形成精度の悪化を防ぐことを
目的とする。

〔目的を達成するための手段〕

そして、本発明は、上記目的を達成するため、基板支
持部に加速度センサ等の振動センサを設け、そして前記
基板支持部に対して変位を生じせしめる圧電素子等の振
動子を基板支持部若しくは基板支持部を支持する例えば
ステージに取り付けこれにより、基板および基板支持部
の振動は振動センサによって検出され、その振動に基づ
く出力信号が振動子に向けて出力される。そして、振動
子は該出力信号に基づき基板および基板支持部の振動を
相殺するように振動動作を行なう様にしている。

詳しくは後述の実施例にて述べる。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

第２図は本発明の第１の実施例に係る基板支持装置の
概略構成を示す模式図である。また、第３図は、本実施
例の基板支持装置を立体的に表わした斜視図であり、第
４図は本実施例の基板支持装置を第３図の矢印Ａの方向
から見た平面図である。なお、第２図〜第４図では同一
構成要素に対しては同一の付番を付してこれを示す。

第２図〜第４図において、１は基板、２は基板１を真
空チヤツク等の手段により保持するための基板支持部、
３は基板支持部２をステージに固定するための板バネ、
４は基板支持部２をステージに固定し回転方向の変位を
与えるための軸、５は基板支持部２を固定するためのス
テージ、６はｙ方向の加速度に感度をもつ加速度セン
サ、７はｙ方向の変位を生じる圧電素子等の振動子、８
はｚ方向の加速度に感度をもつ加速度センサ、９はｚ方
向の変位を生じる圧電素子等の振動子、10はｘ方向の加
速度に感度をもつ加速度センサ、11はｘ方向の変位を生
じる圧電素子等の振動子、12は加速度センサおよび圧電
素子等の振動子を基板支持部２に取り付けるための治
具、13は加速度センサの出力を増幅するためのアンプで
ある。26は加速度センサの出力を監視する露光制御CPU
である。

説明のため、第2,4図に示すx,y,zの向きの座標系を定
めておく。なお、第２図中で加速度センサ6,8,10に取付
けられたリード線に付された＋，−は、基板支持部２が
振動して＋x,＋ｙあるいは＋ｚの向きに加速度が生じた
ときにそれぞれの方向の加速度センサ6,8,10が−に対し
ての＋のリード線に正の電位を生ずるという意を表わ
す。また、圧電素子7,9,11に取付けられたリード線に付
された＋，−は、圧電素子7,9,11について−に対して＋
のリード線に正の電位を与えると各方向の圧電素子7,9,
11がそれぞれ＋x,＋y,＋ｚの向きに正の変位を生じる極
性であることを示す。

第５図は、第３図と同様の本実施例の基板支持装置の
斜視図である。本実施例の装置においては、基板支持部
２の振動の方向は主に第４図に示したｚ軸回りの回転方
向（矢印Ｂの方向）および点０を中心としたｘ軸回りの
回転方向（矢印Ｃの方向）である。

第２〜５図を参照して、基板支持部２のｚ軸回りの回
転方向の振動を与える場合の本実施例の装置の動作を説
明する。

例えば上記構成において、基板支持部２に撃力が加わ
ったとする。このときのｚ軸回り方向に生じた加速度は
Ｙ方向加速度センサ６で検知し、その加速度センサ６の
出力をアンプ13で増幅した後の出力の周波数特性を第６
図のグラフに示す。同図のグラフより、160Hz、210Hz、
300Hz、330Hz、560Hz（20Hz近辺のピークはノイズ）近
辺にピークがあることが分る。これらのピークは、上記
構成におけるｙ方向の固有振動数を示すものである。

通常、これらの固有振動数の中でも、低周波数若しく
はピークが突出しているものが、その構成の振動を支配
していると考えられる。すなわち、その様な固有振動数
において生じる変位を打ち消せば、その構成の振動は、
十分減衰することができると言える。その様な点を踏ま
え、本発明の動作を詳しく述べる。第６図より上記構成
におけるｙ方向の振動を支配する固有振動数は、160Hz
として説明を行う。尚、説明を簡単にするためここでは
ｙ方向における振動の補正のみを取り扱う。ｚ軸回り方
向に周波数ｆおよび変位ｘで振動しているとすると加速
度ａはａ＝（２πｆ）^２・ｘで与えられる。これに応じて、第２図中のｙ方向に感度
をもつ加速度センサ６は出力ｖ＝as（ｓは加速度センサ
の感度）を生じる。第２図中の基板支持部２、板バネ
３、軸４およびステージ５からなる系において、ｙ方向
の固有振動数が160Hzであるとすると、水冷等によって
発生する振動は160Hzが主となる。ここで例えば加速度
センサ６の位置で、基板１および基板支持部２が振動数
160Hzかつ変位0.01μｍでｙ方向に振動したとする。こ
のとき、加速度センサ６の感度が1mV/（m/sec²）である
と、加速度センサからの出力は100dBvとなる。

一方、例えば圧電素子７に周波数160Hzおよび振動0dB
vの信号を加えたときのｙ方向の振動の変位が0.01μｍ
であるとする。このとき加速度センサ６の位置における
ｙ方向の基板１および基板支持部２の変位0.01μｍを抑
えるためには、加速度センサ６の出力を入力信号として
アンプ13により100dB増幅し、そのアンプ13の出力信号
を同位相のまま圧電素子７に与えてやる。これによりｙ
方向の振動（第５図の矢印Ｂの方向の振動）を抑えるこ
とができる。

この様に本実施例においては、その構成の振動を支配
する固有振動数において生ずる変位を振動子により打ち
消す様、センサの出力特性と、振動子（ここでは圧電素
子）の特性を考慮してアンプのゲインを設定している。

又、同様にx,z方向の振動もそれぞれ加速度センサ1
0、圧電素子11、加速度センサ８、圧電素子９を用いて
振動を抑えることができる。

なお、上記構成の例によれば加速度センサ６と圧電素
子７を基板支持部２の中心線（ｚ軸方向）を挟んで対向
する位置に配置しているので、加速度センサ６の出力と
同相の信号を圧電素子７に対して与えている。一方、ｘ
方向の振動については加速度センサ10と圧電素子11の位
置関係から、加速度センサ10の出力に対し逆位相の信号
を圧電素子11に与える必要がある。

しかし、この点については、上記構成においては、そ
の様に設定したが加速度センサと圧電素子の位置関係に
ついては、これにかぎるものではなく、上記構成とは異
なる構成（センサと振動子の位置関係）の場合は、セン
サと振動子の取り付けの位置関係及び基板支持部の加振
に対する応答性を考慮して、変位センサの出力を好適な
ゲイン及び位相で振動子に与えてやれば良いだけのこと
である。

また、第２図中x,y,z方向の振動を取りあげて説明し
たが、このうちの一方向または合成された方向への振動
についても同様であり、これにこだわるものではない。

又、上記実施例における構成でより良い効果を得るた
めには、振動子（圧電素子等）が、基板支持部に対し
て、十分な重量を持つことが好ましい。

第７図は、本発明の他の実施例に係る基板支持装置の
圧電素子の取付け部分を示す模式図であり、第２図の装
置とは圧電素子の取付け方法を変えたものである。第８
図はその側面図である。なお、簡単のため図は基板支持
部２の右半分のみ図示し、付番は第２図の装置と同様と
する。

本実施例では前述の第１の実施例とは異なり、圧電素
子7,9,11は直接にステージ５に固定されている。そのた
め、圧電素子7,9,11に直流の電圧を加えることによっ
て、基板１および基板支持部２をステージ５に対して一
定の変位を与えたまま保のつことができる。従って、基
板１のアライメントやフオーカシングをこの圧電素子を
用いて行なうことができるという新たな効果がある。

第９図は、本発明に係る露光装置の概略全体構成を示
すブロツク図である。同図において、21はSOR等の線
源、22はシヤツタ、23はマスク、24はウエハ、25はウエ
ハの位置決めを行なうＸ−Ｙ−Θのステージである。

又、26は制御CPU、27は基板を保持する基板保持部で
ある。

上記構成において、線源から発した光線は、シヤツタ
を介してマスクに照射され、マスク上のパターンがウエ
ハ上に投影されることによって焼付露光が行なわれる。

第10図は、本発明を実施したときの露光の制御方法の
一実施例の説明のための流れの概略図である。以下、こ
の流れ図について説明する。今まで述べてきた方法で能
動的に振動を減少させていても、振幅が大きいときは、
これを減衰させるのにある程度の時間がかかる。この場
合、振動が充分減衰する前に露光を行うと転写ズレ等が
生じてしまうという問題があった。本制御方法はその様
な問題を解決するものである。簡単のために振動のモー
ドがｚ軸回りの１つであって、その固有振動数がf₀（H
z）のみであるとし、加速度センサの位置でのｚ軸回り
の方向の振動の許容値（ここでいう許容値とは、露光に
悪影響を与えない振幅の限界値であり、この値は予め実
験により求めておくことができる）がｘ（μｍ）であっ
たとする。まず露光前のｚ軸回りの方向の加速度α（μ
m/sec²）の加速度センサの出力に基づきsec²）算出し、
その算出値に基づいて、加速度センサの位置での振動の
振幅を求める。次に前記振幅がであるか否かを判定し、否ならば以上の条件を満足する
まで待ってから露光を行なうようにし、上記条件を満足
するなら露光を実行する。以上の制御方法によって、振
動による解像度の悪化を防げるという効果がある。これ
らの制御はCPU26（第２図，第９図）によって行なわれ
る。

また、露光中になる状態になったときには、次回からその画角を露光し
ないことでスループツトを大きくできる効果がある。こ
の流れの概略図を第11図に示す。簡単に説明すると、ま
ず、露光中、各方向における加速度を加速度センサの出
力に基づいて算出し、その算出結果に基づいて、加速度
センサの位置での振動の振幅を（１）式に基づき求め
る。その振幅が（２）式の条件を満足しているならば露
光を続ける。もし条件を満足していないならば、その場
で露光を取りやめ次ステツプへ移動して露光を行うか若
しくは、その許容値以上の振動値を発したときの画角の
番地をCPUによって記憶しておく。そして次工程からは
その記憶番地に従ってその番地をとばして露光制御を行
うようにする。尚、この監視は露光中継続して行なわれ
ている。このようにすることにより、スループツトの向
上が得られる。この方法はステツパーにおいて有効であ
る。

次に本発明の第３の実施例について説明する。

第12図が、本発明の第３の実施例を示す構成図であ
る。前図と同番号のものについては同一の構成を示す。
31,32,33はステージ５の加速度を検知する加速度センサ
13a、13b,13cは加速度センサ6,8,10の出力を増幅するア
ンプ、14a,14b,14cは、前記加速度センサ31,32,33の出
力と前記加速度センサ6,8,10の出力の差分を増幅する差
動アンプ、15a,15b,15cは、前記差動アンプの出力信号
の内、特定の信号成分を選択するためのフイルタ、16a,
16b,16cは、前記加速度センサ6,8,10の信号と圧電素子
等の基板支持部２に力を加える（変位を生じせしめる）
振動子7,9,11に加える信号との位相を可変できる移相
器、17a,17b,17cは、振動子7,9,11の駆動回路18a,18b,1
8cは、加速度センサ31,32,33の出力を増幅するアンプで
ある。

上記構成においては、ステージ５と基板支持部２の相
対振動を振動子7,9,11によって打ち消すような構成をと
っている。

以下に上記構成に基づく本実施例の動作の説明を行
う。

尚、本実施例においても、説明を簡単にするためにＺ
軸回りの回転方向の振動を抑える場合の動作を用いて説
明する。

基板支持部２に外力が加わった事によって生じたＺ軸
回りの方向の加速度及びステージ５の加速度は、加速度
センサ６及び33によって感知されアンプ13a及び18aによ
ってその信号は増幅される。それぞれ増幅された信号は
差動アンプ14aに入力されその差分が増幅される。この
差動アンプ14aの出力は、基板支持部２とステージ５と
の相対的な加速度に比例した出力となる。

なお、13a,18aのアンプは同一性能を持つものとし、
そのゲインを一定とすると、差動アンプのゲインは以下
のように決める。ステージ５に対する基板支持部２の振
動がｘ（μｍ）のとき、圧電素子７がステージ５に対し
て基板支持部２をｘ（μｍ）振動させるための圧電素子
への入力電圧をVpとすると、差動アンプ14aの出力をVp
となるようにそのゲインを調整する。

先の実施例では、主な振動は低周波数若しくはピーク
が突出している固有振動数が支配し、他の周波数での振
動レベルはそれに比べて小さいとして扱いアンプのゲイ
ンを該固有振動数における変位を打ち消す様設定し、す
べての周波数の加速度センサの出力を増幅して、これを
圧電素子７に入力している。しかし、本実施例では、さ
らにより良い効果を得るために前記他の周波数をカツト
するフイルタをもちいている。

この様なフイルタを用いて、差動アンプの出力信号成
分の内、振動を支配する固有振動数に対応する信号成分
のみを選択し、他の振動数に対応する信号成分について
はカツトしている。この様にする事により圧電素子によ
って基板支持部２に、振動を支配する固有振動数におけ
る変位を相殺する以外の他の周波数の外力が加わる事を
防いでいる。

さらにより厳密に振動を減少させるためにフイルタ15
aの出力信号は、移相器16aを用いて位相の調整を行って
いる。

これは、基板支持部２の質量及び、基板支持部２を支
持している板バネ３や軸４の剛性によって、基板支持部
２に与える加振とその応答には、位相の遅れがあり、そ
の位相ずれを調整するためである。

又、露光制御CPUの働きは、先に述べたので省略す
る。又、圧電素子、すなわち振動子の取り付け方は、前
記実施例においても説明通り、振動子をステージ５に固
定して、基板支持部２に変位を与える構成としても良い
のは当然である。

今まで述べた実施例では、加速度センサによって基板
支持部が受けた力により変位を検知して、その変位を相
殺する変位を圧電素子に生じさせて振動を減少させてき
た。

しかし、以下のようにしても同様の効果が得られる。

加速度センサによって基板支持部が受けた加速度ａを
検知する。基板支持部の等価質量をＭとすると、この基
板支持部が受けた力Ｆ＝Maとなる。この力Ｆを相殺する
力を振動子等を用いて基板支持部に与えて振動を減少さ
せることもできる。

〔発明の効果〕

本発明は、この様に基板を支持する基板支持手段の振
動を検出し、その検出結果に対応して、前記基板支持手
段に力を与えることにより、基板に生じる振動を消失若
しくは減少させている。これにより本発明を特に半導体
製造における露光装置に用いた場合は、装置の振動の影
響を受けずに、好適な露光を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の露光装置において用いられていた基板
支持装置の概略構成を示す模式図、第２図は、本発明の第１の実施例に係る基板支持装置の
概略構成を示す模式図、第３図は、本実施例の基板支持装置を立体的に表した斜
視図、第４図は、本実施例の基板支持装置を第３図の矢印Ａの
方向から見た平面図、第５図は、基板支持体の振動の様子を示した第３図と同
様の本実施例の基板支持装置の斜視図、第６図は、加速度センサの出力のアンプによる増幅後に
おける出力の周波数特性を示すグラフ、第７図は、本発明の第２の実施例に係る基板支持装置の
圧電素子の取付け部分を示す模式図、第８図は、７図の装置の側面図、第９図は、本発明を実施したときの露光装置の全体構成
を示す構成図、第10図は、本発明を実施したときの露光の制御方法の一
実施例を示す流れ図、第11図は、別の制御方法の一実施例を示す流れ図であ
る。第12図は本発明の第３の実施例に係る基板支持装置の概
略構成を示す模式図。１……基板２……基板支持部３……板バネ４……軸５……ステージ６……加速度センサ（Ｙ方向）７……振動子（Ｙ方向）８……加速度センサ（Ｚ方向）９……振動子（Ｚ方向） 10……加速度センサ（Ｘ方向） 11……振動子（Ｘ方向） 12……治具 13……アンプ 26……CPU

フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−194536（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−24626（ＪＰ，Ａ) 特開平２−35709（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−73327（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−286629（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/30 H01L 21/027 G03F 7/20 - 7/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】露光装置において用いられる基板を保持す
る装置において、基板を保持する基板支持部と、前記基
板支持部を移動することにより基板の位置決めを行うス
テージと、前記基板支持部の振動を検出するため前記基
板支持部に取り付けられた振動センサと、前記基板支持
部に力を加える手段とを備え、前記振動センサの出力に
基づいた信号を前記手段に入力し、前記ステージに支持
された前記基板支持部を前記ステージに対して除振する
ことを特徴とする基板支持装置。