JP3437406B2 - 投影露光装置 - Google Patents
投影露光装置Info
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Description
製造のためウエハ等基板を露光する投影露光装置に関す
るものである。
は、図7に示すとおり、ウエハW0を位置決めするため
のウエハステージ101と、その上方に配設された投影
レンズ102、レチクルステージ103および光源光学
系106を有し、光源光学系106から発生された露光
光は、レチクルステージ103上のレチクルR0を透過
し投影レンズ102によってウエハW0に集光され、レ
チクルR0のパターンをウエハW0に転写する。
中央部分に支持され、ベース101aは防振装置10l
bを介して床面に支持される。ベース101aの外周部
分には鋳造フレーム105が立設支持されており、フレ
ーム105の頂部105aは中央に投影レンズ102を
支持しその外側にはレチクルステージ103を支持する
レチクルステージ支持体104、さらに光源光学系支持
部材106aを立設支持する。
105に支持されたレーザ干渉計107によって光学的
に非接触で計測され、また同様にレチクルステージ10
3の位置は、レーザ干渉計108によって計測される。
持体104、ベース101aおよび光源光学系支持部材
106aはいずれも構造支持部材であり、投影レンズ1
02とレチクルステージ103と光源光学系106およ
び位置計測系を支持するものである。したがって振動は
もとよりステージの移動荷重によっても変形を起こさな
いための十分な剛性が要求される。
おいては生産性をさらに向上させるために基板サイズの
大径化が着々と進められている。現在は8”サイズのシ
リコンウエハを用いての素子製造が主流であるが、今後
は12”サイズを用いた世代が続く。基板サイズが1.
5倍になるとステージなどの移動体のストロ一クもそれ
にあわせて増大する。移動体の荷重移動は、荷重による
支持構造体の変形を少なからず起こしており、移動体の
ストロークの増大によって、この変形量はさらに増大す
る。特に投影レンズとステージとの相対変位を計測して
いるレーザ干渉計取り付け部に変形が及んだ場合、ステ
ージ位置計測値に誤差を発生させ、精度を劣化させてし
まう。
大型化し、支持するフレームもそれにあわせてスケール
アップが必要となる。同程度のフレーム剛性を確保する
ためには厚さを1.5倍にするなどの形状変更が必要に
なり、結果的に装置全体の大型化と重量の増大が顕在在
化する問題となる。
主体として用いられてきた。鋳鉄の場合、形状の自由度
が大きいことや、製造コストが安価であるなどの点にす
ぐれ、構造体の材料として常用されてきた。一方で鋳鉄
は、ヤング率が110GPa程度で金属材料としては低
く、また内部応力の緩和などによる経時的な形状変化
や、熱に起因した熱膨張など、露光装置に用いた場合の
懸念点もある。
ステージを支持する支持体を鋳鉄で構成した場合の上記
の課題を解決することを第1の目的とする。
達成するため、本発明の第1の局面では、支持構造体に
軽量でかつ高剛性、形状安定性にすぐれた材料であるセ
ラミックスを用いることを特徴とする。セラミックス材
料としては、安価で加工性のよいアルミナセラミックス
(A12 03 )の他に、熱伝導特性に優れた炭化珪素セ
ラミックス(SiC)や、熱膨張特性に優れた窒化珪素
(Si3 N4 )や、窒化アルミ(AlN)などを用いる
ことができる。
グ率が110〜130GPa程度で、比重7.8である
が、材料にアルミナセラミックスを用いることでヤング
率370GPaで比重3.4、つまりヤング率で約3
倍、比重は1/2程度になり、同一形状とした場合は、
剛性で3倍、重量で半分となって軽量高剛性が達成でき
る。さらに、露光装置の精度劣化につながる熱膨張に対
しても鋳鉄の約2/3となり高精度化に寄与するもので
ある。
ながら、投影露光装置の支持構造体をセラミックス化す
ることで、軽量、高剛性化は容易に達成できるものの、
セラミックスが脆性材料であるがゆえに、破壊強度が鋳
鉄の1/3程度に劣り、支持部材としての信頼性に欠け
るという問題が顕在化してきた。一般にイオン結合およ
び共有結合によってなり、原子間距離が大きく、表面エ
ネルギーの小さい特性をもつセラミックスは、破断的な
脆性破壊を起こすことが知られている。
速度は、予想を超える大荷重を支持体に与える。例え
ば、支持体が支持する重量は3t以上であり、装置運搬
時に発生する最大衝撃加速度は30Gにも及ぶため、支
持体には90tもの瞬間荷重が作用する。
は、図7に示したように支持体上方からの衝撃荷重FL
が、下面PC付近で引張り荷重として作用する。引張力
に弱いセラミックスの許容応力を超える場合は、装置が
破壊するばかりか人的危険も伴う。
ミックスの欠点である破壊靭性を向上させ、破壊しにく
いセラミックス支持体を提供することである。
化することにより顕在化してきたさらなる問題は、従来
の鋳鉄では起きなかった高周波振動の問題である。つま
り、減衰特性の極めて劣るセラミックスの場合、露光装
置内部の移動体が移動の際発生する高周波振動はそのま
ま減衰することなく支持体内部を伝達し、例えば位置を
計測している計測計を外乱として振動させてしまう。露
光装置のステージは、位置計測はlnmの分解能を持
ち、0.0lμm程度の位置合わせを行なっている。し
たがって、この外乱振動は無視することのできない大き
さに及んでしまう。本発明の第3の目的は、支持構造体
をセラミックス化した場合の、振動が減衰しないことに
よる位置計測制度の劣化を防止することである。
達成するため、本発明の第2の局面では、セラミックス
の支持体に対して引張り強度を向上させるための補強部
材を付与することを特徴とする。具体的には、まず第1
の手段として、セラミックスの材料内部に鋼棒を縦横に
入れ一体焼結することで埋め込み、引張り強度をこの鋼
棒に負担させることでセラミックスに作用する引張り応
力を緩和させる構造としている。また、補強部材にプリ
ストレスとして引張り応力をあらかじめ与えておくこと
で、変形時、外力印加時にも破壊応力以下の状態を維持
する構造としている。さらに、本発明では上記プリスト
レスを与える手法として、セラミックスと補強部材との
熱膨張率差を利用している。
大引張り応力が作用する表面付近のクラック(微少欠
陥、気孔)をなくすことが有効であり、本発明では、第
2の手段としてセラミックス表面に、高純度で気孔のな
いセラミックスコーティングを施すことで気孔や欠陥を
穴埋めし、クラックの成長を防いでいる。また、別な手
段として、表面に靭性、延性のある板材料、または欠陥
の少ないセラミックス板材料または、引張り強度のより
高いセラミックス板材料を接合することで表面を補強
し、クラックの成長を抑制している。
ば、装置運搬等の際発生した引張り応力の一部を内部に
配設した金属棒が伸びて負担する。また、予め十分な圧
縮予圧力をかけて置くことで、外力が作用してもセラミ
ックスには引張り力が作用しない状態を実現できた。
破壊の成長を防止することができる。特に、内部欠陥を
避けられないセラミックス製造においては、マイクロク
ラックを排除する上で重要である。
の手段によって、通常、鋳鉄の1/3程度の破壊強度で
あるセラミックス支持体を、鋳鉄に近い破壊強度まで向
上させることができた。
達成するため本発明の第3の局面では、セラミックスの
支持体に対して適度な振動減衰特性を付与することを特
徴とする。
脂系の発泡材や、樹脂を挟みこんだ制振鋼板、ゴム系の
塗装、砂状粒体などを活用している。これらの減衰要素
をセラミックスの表面や内部の空間、あるいは凹部に充
填することで支持体の減衰性は確保される。
あったものが約10倍の2%の減衰比を与えることが可
能になった。
る。図1は本発明の一実施例による投影露光装置を示す
一部立面図である。同図の露光装置は、基板であるウエ
ハW1を位置決めするための公知の基板ステージである
ウエハステージ1と、その上方に配設された投影光学系
である投影レンズ2と、原版ステージであるレチクルス
テージ3および光源光学系6を有し、光源光学系6から
発生された露光光は、レチクルステージ3上の原版であ
るレチクルR1を透過し投影レンズ2によってウエハW
1に集光され、レチクルR1のパターンをウエハW1に
転写する。
に支持され、ベースlaは防振装置1bを介して図示し
ない床面に支持されている。ベース1の外周部分には支
持体であるセラミックスによるフレーム5が立設支持さ
れており、セラミックスフレーム5は、後述するような
中空構造の頂部5aとこれと一体である4本の脚部5b
によって構成される。セラミックスフレーム5の頂部5
aは中央に投影レンズ2を支持し、その外側には、レチ
クルステージ3を支持する門型断面形状の支持部材4と
光源光学系6を支持するL字型の支持部材6aを立設支
持する。本実施例では図中のハッチングした支持体をセ
ラミックス材料によって構成している。
も、ベースlaやレチクル支持体4や光源光学系6aの
いずれもがセラミックス材料で構成されていてもよい。
さらにはXYステージの構造部材やレチクルステージの
構造部材、投影レンズ鏡筒、干渉計支持部などもすべて
セラミックスで構成されていてもよい。
は、特に上方からの衝撃荷重に強度を確保できるように
頂部下面側に縦横にはわせた鋼棒9を配置している。鋼
棒9の封入は、セラミックス焼結時に一体で行っても良
いし、あらかじめ開けられた穴に焼結後棒材を挿入して
接合しても良い。また、セラミックスよりも熱膨張率の
大きい例えば鋼棒などを熱間でセラミックスと接合する
ことで常温域においては鋼棒の熱収縮による圧縮力がセ
ラミックスにプリロードされ、引張り応力を緩和する手
法も有効である。
込みによる接合以外に焼きばめ、鋳ぐるみ、有機接着
剤、無機接着剤、ガラス付け、メタライジング、金属ロ
ウ付けなどの手法を活用することができる。また、溶融
接合や、液相−固相反応接合、固相接合、気相−固相接
合を応用したそれぞれの接合方法によっても本発明から
逸脱しない。
光装置を示す一部立面図である。上述の実施例1では、
鋼棒をセラミックス内部に配設したが、図2に示す通り
セラミックス支持体5aの下表面に鋼棒や鋼板10また
はより引張り強度の高いセラミックスを接合して同様の
効果を図ってもよい。また、表面に純度が高く、気孔の
少ない同質セラミックスを接合しても、表面付近で発生
するクラックの成長が阻止でき、破壊強度を向上させる
のに効果がある。
光装置を示す一部立面図である。この露光装置は、図1
のものに対し、セラミックス材料によって構成されたフ
レーム5の形状および構成が異なる点を除き同一である
ので、共通または対応する部分には図1と同一の符号を
付してそれらの説明を省略する。
5をセラミックス材料によって構成している。特に剛性
が必要とされる頂部5aの断面構造は図中のように箱型
リブ構造51とした。また、こうすることで断面係数を
大きくとることができ、また変形中立軸を頂部厚さのほ
ぼ中央位置に与えることができ、表面付近の引張り応力
が緩和される。また頂部の上下両面を他の機能部品取り
付け面としても活用できる。また、セラミックス表面に
樹脂を挟み込んだ制振用鋼板10を接合している。
光装置の一部立面図である。この露光装置は、図3のも
のとはセラミックス材料で構成した部分が異なる。すな
わち、図4では斜線を施した部分のみセラミックスによ
って構成されている。つまりセラミックスを特に重要な
レンズ鏡筒支持部分、レチクルステージ支持部分、およ
びレーザ干渉計取り付け部分にのみ用い、その他は鋳鉄
による構成とすることで全体のコストダウンを図ってい
る。
光装置の一部立面図である。この露光装置は、図3に示
すものに対し、箱型リブ構造51によってできた中空空
間5cに、減衰要素である発泡ウレタン系樹脂5dを充
填したものである。このように箱型リブ構造51によっ
てできた中空空間5cに発泡ウレタン系樹脂5cを密封
充填することにより、セラミックスを伝達する振動を十
分減衰させることができる。減衰要素としては、発泡ウ
レタン以外にも、砂などの砂状粒体やシリコンゴム材、
高粘度のオイルなどの液体などを封入してもよい。
村料で覆った場合も同様の効果が得られる。また、セラ
ミックス表面に樹脂を挟み込んだ制振用鋼板11を接合
してもよい。
光装置の一部立面図である。この露光装置は、支持フレ
ーム5をセラミックスのみで構成したもので、図1に示
すものに対し、セラミックス支持体を強化するための鋼
棒9を用いなかったものである。したがって、上述した
ように、従来の鋳鉄を用いた同一形状の支持フレームに
比べ、剛性が約3倍、重量が約半分となり、軽量化およ
び高剛性化を達成することができるという本発明の基本
的な目的は達成し得るものである。
光装置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明す
る。図9は微小デバイス(ICやLSI等の半導体チッ
プ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマ
シン等)の製造のフローを示す。ステップ1(回路設
計)ではデバイスのパターン設計を行なう。ステップ2
(マスク製作)では設計したパターンを形成したマスク
を製作する。一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリ
コンやガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ステ
ップ4(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、上記用意
したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によっ
てウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ5
(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステップ4によって作
製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であ
り、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング)、
パッケージング工程(チップ封入)等の工程を含む。ス
テップ6(検査)ではステップ5で作製された半導体デ
バイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行な
う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これ
が出荷(ステップ7)される。
ーを示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ13(電極形成)ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオ
ン打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ1
5(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ16(露光)では上記説明したアライメント装置
を有する露光装置によってマスクの回路パターンをウエ
ハに焼付露光する。ステップ17(現像)では露光した
ウエハを現像する。ステップ18(エッチング)では現
像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ19
(レジスト剥離)ではエッチングが済んで不要となった
レジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行な
うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成
される。
造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造す
ることができる。
面によれば、従来よりも軽量で、高剛性の支持構造体が
構成でき、基板サイズの大径化への対応が容易になる。
またステージの移動に伴う荷重変形を少なくし、露光装
置のさらなる高精度化を実現できる。また、本発明の第
2の局面によれば、セラミックスの支持体で問題とされ
てきた破壊強度の不足は、補強材料によって改善され、
構造部材としての信頼性、安全性が確保できる。
ラミックスの支持体で問題とされてきた振動伝達特性を
効果的に抑制でき露光装置の位置計測系への悪影響を軽
減し、さらなる高精度化を実現することができる。
一部破断立面図である。
示す立面図である。
示す一部破断立面図である。
示す一部破断立面図である。
示す立面図である。
示す立面図である。
図である。
る。
を示す図である。
テージ、4:レチクルステージ支持体、5:構造体フレ
ーム、5a:頂部、5b:脚部、5c:中空部、5d:
発泡ウレタン樹脂、51:リブ、56:ゴム系塗装、5
7:制振鋼板、6:光源光学照明系、7:レーザ干渉計
測長器、8:位置計測器、9:鋼棒、10:鋼板、1
1:制振用鋼板。
Claims (19)
- 【請求項1】 転写される原版を保持する原版台と、投
影光学系と、該投影光学系を経て露光される基板を保持
する基板ステージとを有し、該原版台、該投影光学系お
よび該基板ステージを支持する支持体の一部分あるいは
全部がセラミックス材料と金属部材とが一体焼結された
複合体からなることを特徴とする投影露光装置。 - 【請求項2】 転写される原版を保持する原版台と、投
影光学系と、該投影光学系を経て露光される基板を保持
する基板ステージとを有し、該原版台、該投影光学系お
よび該基板ステージを支持する支持体の一部分あるいは
全部がセラミックス材料からなり、前記セラミックス材
料に芯材となる金属部材を内包することを特徴とする投
影露光装置。 - 【請求項3】 前記セラミックス材料が、セラミックス
よりも熱膨張率の大きい部材を内包していることを特徴
とする請求項2記載の投影露光装置。 - 【請求項4】 転写される原版を保持する原版台と、投
影光学系と、該投影光学系を経て露光される基板を保持
する基板ステージとを有し、該原版台、該投影光学系お
よび該基板ステージを支持する支持体の一部分あるいは
全部がセラミックス材料からなり、前記セラミックス材
料が、セラミックスよりも熱膨張率の大きい部材を内包
していることを特徴とする投影露光装置。 - 【請求項5】 前記セラミックス材料に内包あるいは表
面に接合される部材が、該セラミックス材料に対して圧
縮応力を作用することを特徴とした請求項1または2に
記載の投影露光装置。 - 【請求項6】 前記セラミックス材料の表面に、前記セ
ラミックス材料よりも気孔の少ないセラミック材を接着
したことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記
載の投影露光装置。 - 【請求項7】 前記セラミックス材料の表面に、前記セ
ラミックスよりも引張り強度の強いセラミック材を接着
したことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記
載の投影露光装置。 - 【請求項8】 前記支持体が、少なくとも投影光学系を
支持する支持体であることを特徴とする請求項1〜7の
いずれか1つに記載の投影露光装置。 - 【請求項9】 前記支持体が、さらに基板ステージを支
持する支持体であることを特徴とする請求項8記載の投
影露光装置。 - 【請求項10】 前記支持体が、さらに基板ステージの
位置を計測する計測装置を支持する支持体であることを
特徴とする請求項8または9記載の投影露光装置。 - 【請求項11】 前記投影光学系の上方に前記原版を保
持する原版台が配設され、前記支持体がさらに該原版台
を支持する支持体であることを特徴とする請求項8〜1
0のいずれか1つに記載の投影露光装置。 - 【請求項12】 前記支持体が、さらに、原版台上に載
置された原版の位置を計測する計測装置を支持する支持
体であることを特徴とする請求項8〜11のいずれか1
つに記載の投影露光装置。 - 【請求項13】 前記投影光学系の上方に照明光学系が
配設され、前記支持体がさらに該照明光学系を支持する
支持体であることを特徴とする請求項8〜12のいずれ
か1つに記載の投影露光装置。 - 【請求項14】 前記支持体がアルミナセラミックス、
炭化珪素、 窒化珪素、ジルコニアまたは窒化アルミを
基材としたセラミックスからなることを特徴とする請求
項8〜13のいずれか1つに記載の投影露光装置。 - 【請求項15】 転写される原版を保持する原版台と、
投影光学系と、該投影光学系を経て露光される基板を保
持する基板ステージとを有し、該原版台、該投影光学系
および該基板ステージを支持する支持体の一部分あるい
は全部がセラミックス材料からなり、前記セラミックス
材料の前記投影光学系または基板ステージを支持する面
の下表面に金属部材を接合したことを特徴とする投影露
光装置。 - 【請求項16】 前記セラミックス材料からなる支持体
の一部が内部に中空を有する構造であることを特徴とす
る請求項15記載の投影露光装置。 - 【請求項17】 前記中空部に摩擦減衰能を有する部材
を内包していることを特徴とする請求項16記載の投影
露光装置。 - 【請求項18】 前記セラミックス材料からなる支持体
表面を吸振材料で覆ったことを特徴とする請求項15記
載の投影露光装置。 - 【請求項19】 請求項1〜18のいずれか1つに記載
の投影露光装置を用いて製造したことを特徴とする半導
体デバイス。
Priority Applications (2)
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JPH10303112A JPH10303112A (ja) | 1998-11-13 |
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