JP3869938B2

JP3869938B2 - ステージ装置、露光装置、およびデバイス製造方法

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Publication number: JP3869938B2
Application number: JP17209998A
Authority: JP
Inventors: 充井上; 伸茂是永; 幸夫徳田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2018-06-05
Also published as: US6320645B1; JPH11352266A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、設計パターンを基板上のレジストに露光して半導体デバイス等を製造するために用いられる露光装置、それに好ましく用いられるステージ装置、およびその露光装置を用い得るデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような露光装置としては、ウエハ等の基板をステップ移動させながら基板上の複数の露光領域に原版のパターンを投影光学系を介して順次露光するステッパや、投影光学系に対し相対的にマスク等の原版と基板とを同期走査させて原版のパターンを基板上に露光する走査型の露光装置等が知られている。
【０００３】
また、近年、より高精度で微細なパターンの露光が行えるように、前記ステップ移動と走査露光とを繰り返すことにより、基板上の複数の領域に高精度で微細なパターンの露光を行なう、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置が提案されている。この露光装置では、スリットにより制限して投影光学系の比較的光軸に近い部分のみを使用しているため、より高精度且つ広画角な微細パターンの露光が可能となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなステップ・アンド・スキャン型の露光装置等の高精細な露光を目的とする露光装置において、投影光学系の性能を十分に引き出し、真に露光精度を向上させるためには、さらに、原版と基板間の位置的整合性を向上させる必要がある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、露光装置およびこれを用い得るデバイス製造方法において、原版と基板間の位置的整合性の向上を図るための新たな技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明では、移動可能なステージと、このステージを所定の移動方向に案内するガイド機構と、このガイド機構の剛性を向上させるために磁気吸引力による予圧力を付与する手段を有するステージ装置において、前記ガイド機構の、前記予圧力を付与するために前記磁気吸引力により吸引される部分は、そのヒステリシス曲線における、保持力Ｈｃと、残留磁束密度Ｂｒとの積が１００Ｊ／ｍ³以下である材料で構成されていることを特徴とする。これにより、磁気吸引力により順次位置を変えて吸引される部分との間で作用するヒステリシスによる力（残留磁気による抵抗力）が小さくなり、ステージの位置決め精度の向上が図られる。
【０００７】
また、本発明の露光装置は、被露光基板を搭載して移動させるためのこのようなステージ装置と、該被露光基板に露光を行なう手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のデバイス製造方法は、このような露光装置を用意する工程と、該露光装置を用いて露光を行なう工程を含む製造工程によってデバイスを製造することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態においては、図１に示すように、ガイド機構は、前記磁気吸引力により吸引される部分を有するガイド面１２６と、このガイド面とステージ１２３との間に設けた空気軸受１２４とを有し、前記予圧力付与手段は、前記磁気吸引力を発生してガイド面１２６上の被吸引部分を吸引するためにステージ１２３に固定した磁石１２５を有する。
【００１０】
また、被吸引部分の材料は、好ましくは、パーマロイを含むＮｉが３０重量％以上のＮｉ−Ｆｅ合金、珪素が１重量％以上のＳｉ−Ｆｅ合金、または純鉄である。これにより、ヒステリシスによる力が予圧のための吸引力の１／１０００以下になり、ステージの高精度な位置決めが図られる。
【００１１】
なお、被吸引部分の材料としては、この他、ガイド機構としての機能上、ガイド面２６の平面度を高精度な加工により実現する必要があるため、加工性においても優れているものが好ましい。
【００１２】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。図２は本発明の一実施例に係る露光装置を模式的に示す図であり、この露光装置は、レチクルステージ１上に保持される原版のパターンの一部を投影光学系を介してＸ・Ｙステージ３上の微動ステージ（不図示）に保持される被露光基板であるウエハに投影し、投影光学系に対し相対的にレチクルとウエハをＹ方向に同期走査することによりレチクルのパターンをウエハに露光するとともに、この走査露光を、ウエハ上の複数領域に対して、繰り返し行なうためのウエハのステップ移動を介在させながら行なうステップ・アンド・スキャン型の露光装置である。
【００１３】
レチクルステージ１はリニアモータ４によってＹ方向へ駆動し、Ｘ・Ｙステージ３のＸステージ３ａはリニアモータ５によってＸ方向に駆動し、Ｙステージ３ｂはリニアモータ６によってＹ方向へ駆動するようになっている。レチクルおよびウエハの同期走査は、レチクルステージ１およびＹステージ３ｂをＹ方向へ一定の速度比率（例えば４：１）で駆動させることにより行なう。また、Ｘ方向へのステップ移動はＸステージ３ａにより行なう。
【００１４】
Ｘ・Ｙステージ３は、ステージベース７のガイド面上で二次元的に移動可能であり、ステージ定盤７は、ダンパを介して床等の上に支持されている。Ｘ・Ｙステージ３のより詳細は後述するが、Ｘステージ３ａの上にはさらに微動ステージ（不図示）が載っている。
【００１５】
レチクルステージ１および投影光学系は鏡筒定盤９で支持され、鏡筒定盤９はベースフレーム１０上に３つのダンパ１１および支柱１２を介して支持されている。
【００１６】
図３は、ダンパ１１あるいは支柱１２、走査露光時の走査方向、投影光学系２および露光光間の、装置の上から見たときの位置的関係を示す。同図に示すように、ダンパ１１および支柱１２による鏡筒定盤９の３つの支持点は二等辺三角形を構成しており、その二等辺１４、１５が交わる点１６と重心とを結ぶ直線１７に対して走査方向Ｙは平行であり、かつその重心１８と投影光学系２の重心１９とはほぼ一致している。図４中の２０は、スリット状に成形された露光光の断面である。そのスリット形状の長手方向は走査方向に垂直な方向（Ｘ方向）である。３つのダンパ１１のうち２つは装置の前部に位置し、残りの１つは装置の奥側に位置している。そして、装置へのウエハの搬入経路は、装置の前側より、装置前部に配置した２つの支柱１２の間を経て設定されている。
【００１７】
図４はＸ・Ｙステージ３のより詳細な構成を説明する斜視図である。同図において、ステージベース７の上にガイド面が形成され、この上にリニアモータ６を介してＹステージ３ｂがＹ方向に移動可能に設けられている。３３はステージベース７上に固定されたＹ方向のヨーイング・ガイドであり、Ｙステージ３ｂをＹ方向のヨーイング方向についてガイドしている。３５はＹステージ３ｂの側面に形成されたＸ方向のヨーイング・ガイドであり、Ｙステージ３ｂの上にリニアモータ５を介して設けられたＸステージ３ａをＸ方向のヨーイング方向に案内している。３７はＸステージ３ａ上に設けられた微動ステージ、３９は微動ステージ３７上に設けられ、ウエハ３８を保持するウエハチャック、４１、４３は微動ステージ３７上に固定されたＹ方向位置計測用のミラーおよびＸ方向位置計測用のミラー、４５は微動ステージ３７をＸステージ３ａに対して微動するためのアクチュエータである。４７はステージベース７のガイド面に対向するＸステージ３ａ下面に設けられ、ステージベース７上面との間で空気軸受を構成している空気パッドである。４９はステージベース７のガイド面に対向するＹステージ３ｂ下面に設けられ、ステージベース７上面との間で空気軸受を構成している空気パッドである。
【００１８】
また、先の図７の概念図で示したように、Ｘステージ３ａおよびＹステージ３ｂの下面には、これらがステージベース７上面によってガイドされる際の剛性を向上させるために磁気吸引力による予圧力を付与するための磁石が、空気軸受のパッドに挟まれる位置に固定されている。そして、ステージベース７の少なくとも表面のガイド面はこの磁石によって吸引される材料で構成されており、その材料は、そのヒステリシス曲線における、保持力Ｈｃと、残留磁束密度Ｂｒ（図５参照）との積が１００Ｊ／ｍ³以下である材料で構成されている。この材料は、例えば、パーマロイを含むＮｉが３０重量％以上のＮｉ−Ｆｅ合金、珪素が１重量％以上のＳｉ−Ｆｅ合金、または純鉄である。
【００１９】
上記構成の露光装置において、不図示の搬送手段により、装置前部の２つの支柱１２間の搬送経路を経てＸ・Ｙステージ３上にウエハが搬入され、所定の位置合せが終了すると、露光装置は、走査露光およびステップ移動を繰り返しながら、ウエハ上の複数の露光領域に対してレチクルのパターンを露光転写する。走査露光に際しては、レチクルステージ１およびＹステージ３ｂをＹ方向（走査方向）へ、所定の速度比で移動させて、スリット状の露光光でレチクル上のパターンを走査するとともに、その投影像でウエハを走査することにより、ウエハ上の所定の露光領域に対してレチクル上のパターンを露光する。１つの露光領域に対する走査露光が終了したら、Ｘステージ３ａをＸ方向へ駆動してウエハをステップ移動させることにより、他の露光領域を走査露光の開始位置に対して位置決めし、走査露光を行なう。なお、このＸ方向へのステップ移動と、Ｙ方向への走査露光のための移動との組合せにより、ウエハ上の複数の露光領域に対して、順次効率良く露光が行なえるように、各露光領域の配置、Ｙの正または負のいずれかへの走査方向、各露光領域への露光順等が設定されている。
【００２０】
図６（ａ）および（ｂ）は、それぞれステップ移動および走査露光におけるＸステージ３ａおよびＹステージ３ｂの移動速度の時間的変化の一例を示すグラフである。Ｙステージの加速を開始すると、Ｙステージは０．０５１秒の加速期間および０．０５秒の整定時間を経た後、１００ｍｍ／秒の一定速度で０．３７５秒間移動する。この一定速度の移動期間において露光を行なう。この露光期間の後、Ｙステージを減速させるとともにＸステージの加速を開始し、ステップ移動を行なう。ステップ移動が終了したら、再度Ｙステージの加速を同様にして開始する。このようにして、ＸおよびＹステージの移動を繰り返して、ステップアンドスキャン方式で複数の露光領域に対してレチクルのパターンを順次走査露光してゆく。
【００２１】
このようなＸステージおよびＹステージの移動に際しては、ステージベース７が上述の材料で構成されているため、ヒステリシスによる力が与圧のための吸引力の１／１０００以下であり、したがって、高精度でＸおよびＹステージの移動が行われる。したがって、レチクルとウエハ間の位置の整合性を良好に維持して走査露光を行なうことができる。
【００２２】
次に上記説明した露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。
【００２３】
図７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）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路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、これを出荷（ステップ７）する。
【００２４】
図８は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。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１５（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を形成する。
【００２５】
本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに製造することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のステージ装置によれば、ガイド機構の、予圧力を付与するために磁気吸引力により吸引される部分を、そのヒステリシス曲線における、保持力Ｈｃと、残留磁束密度Ｂｒとの積が１００Ｊ／ｍ³以下である材料で構成するようにしたため、磁気吸引力により順次位置を変えて吸引される部分との間で作用するヒステリシス力（残留磁気による抵抗力）が小さくなり、ステージの位置決め精度を向上させることができる。
【００２７】
また、前記材料を、パーマロイを含むＮｉが３０重量％以上のＮｉ−Ｆｅ合金、珪素が１重量％以上のＳｉ−Ｆｅ合金、または純鉄とすることにより、ヒステリシスによる力を予圧のための吸引力の１／１０００以下とすることができ、さらに位置決め精度を向上させることができる。
【００２８】
したがって、このようなステージ装置を有する露光装置により露光を行なうことにより、原版と基板間の位置整合性を良好に維持して、高精度な露光を行なうことができる。特に走査露光においては、ステージを走査移動させながら露光を行なうため、ステージ精度の向上が露光転写精度に直接反映し、本発明の効果は大きい。
【００２９】
したがって、このような露光装置により被露光基板を露光してデバイスを製造することにより、高精度なデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態に係るステージ装置の側面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る露光装置を模式的に示す図である。
【図３】図２の装置のダンパあるいは支柱、走査露光時の走査方向、投影光学系および露光光間の、装置の上から見たときの位置的関係を示す図である。
【図４】図２の装置のＸ・Ｙステージ部分の斜視図である。
【図５】ヒステリシス曲線における、保持力Ｈｃと、残留磁束密度Ｂｒを示す図である。
【図６】図２の装置におけるステップ移動および走査露光でのＸステージおよびＹステージの移動速度の時間的変化の一例を示すグラフである。
【図７】微小デバイスの製造の流れを示す図である。
【図８】図７におけるウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。
【符号の説明】
１：レチクルステージ、２：投影光学系、３：Ｘ・Ｙステージ、４：リニアモータ、３ａ：Ｘステージ、３ｂ：Ｙステージ、６：リニアモータ、７：ステージヘルス、８：ダンパ、９：鏡筒定盤、１０：ベースフレーム、１１：ダンパ、１２：支柱、１８，１９：重心、２０：露光光の断面、３３：Ｙ方向のヨーイング・ガイド、３５：Ｘ方向のヨーイング・ガイド、３７：微動ステージ、３９：ウエハチャック、４１：Ｙ方向位置計測用のミラー、４３：Ｘ方向位置計測用のミラー、４５：アクチュエータ、４７，４９：空気パッド、１２１：ステージベース、１２３：ステージ、１２４：空気軸受、１２５：磁石、１２６：ガイド面。

Claims

移動可能なステージと、このステージを所定の移動方向に案内するガイド機構と、このガイド機構の剛性を向上させるために磁気吸引力による予圧力を付与する手段を有するステージ装置において、前記ガイド機構の、前記予圧力を付与するために前記磁気吸引力により吸引される部分は、そのヒステリシス曲線における、保持力Ｈｃと、残留磁束密度Ｂｒとの積が１００Ｊ／ｍ³以下である材料で構成されていることを特徴とするステージ装置。
前記ガイド機構は、前記磁気吸引力により吸引される部分を有するガイド面と、このガイド面と前記ステージとの間に設けた空気軸受とを有し、前記予圧力付与手段は、前記ステージ側から前記磁気吸引力を発生して前記ガイド面を吸引するための磁石を有することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
前記材料は、パーマロイを含むＮｉが３０重量％以上のＮｉ−Ｆｅ合金、珪素が１重量％以上のＳｉ−Ｆｅ合金、または純鉄であることを特徴とする請求項１または２に記載のステージ装置。
前記ステージはステージベースのガイド面上に支持され、該ガイド面上で２次元的に移動可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のステージ装置。
前記ステージは、それぞれが前記ガイド面上に支持される、Ｘ方向に移動するＸステージとＹ方向に移動するＹステージを有し、各々がガイド面との間で予圧力を付与する機構を備えていることを特徴とする請求項４に記載のステージ装置。
前記ＸステージをＸ方向に駆動するリニアモータと、前記ＹステージをＹ方向に駆動するリニアモータを有することを特徴とする請求項５に記載のステージ装置。
被露光基板を搭載して移動させるための請求項１〜６のいずれかのステージ装置と、該被露光基板に露光を行なう手段とを有することを特徴とする露光装置。
前記ステージによって被露光基板を移動させながら走査露光を行なうことを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
ステップアンドスキャン方式で順次露光を行なうことを特徴とする請求項７または８に記載の露光装置。
請求項７〜９のいずれかの露光装置を用意する工程と、該露光装置を用いて露光を行なう工程を含む製造工程によってデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。