JP4309992B2

JP4309992B2 - 試料保持装置およびこの保持装置を用いた露光装置

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Publication number: JP4309992B2
Application number: JP10925599A
Authority: JP
Inventors: 英治坂本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 1999-04-16
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2019-04-16
Also published as: JP2000299370A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平板状の試料を搭載して該試料の板面と平行な方向に移動可能な試料台上に前記試料を保持するための試料保持装置およびこの装置を用いた露光装置に関する。このような試料保持装置は、特に、レチクル（マスクを含む）を移動台上に保持する保持装置およびその装置を用いた走査型露光装置等に適している。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レチクル（マスクを含む）等の平板状試料上に形成されたパターンの一部をウエハ等の被露光基板上に転写するための投影系と、レチクル上のパターンの一部を矩形ないし円弧状のスリット状光束により照射する光源を有する照明系と、レチクルおよび被露光基板をスリット状光束および投影系に対して一定速度比で走査（スキャン）するスキャン機構部とを有し、レチクル上のパターンをウエハ上に露光転写する走査型露光装置が知られている。
【０００３】
図５はこのような走査型露光装置を示す概略構成図である。この露光装置は、光源である水銀灯やレーザー光源からの露光光をスリット状光束にする照射系２６と、このスリット状光束で照明された平板状試料としてのレチクル１上のパターンを被露光基板であるウエハ２８上に縮小投影する投影系２７とを有する。レチクル１は、横方向に移動可能な試料台としてのレチクルステージ２９に設置されたレチクル保持装置上に搭載され、真空吸着されている。レチクルステージ２９上には、反射鏡３１が搭載され、この反射鏡３１を介してレチクルステージ２９は、レチクル位置計測レーザー干渉計３０により位置計測されている。
【０００４】
一方、ウエハ２８は、ウエハステージ３３に搭載されたウエハチャック３２に真空吸着されている。ウエハステージ３３にはバーミラー３４が設けられており、このバーミラー３４を介してウエハステージ３３はウエハ位置計測レーザー干渉計３５により位置計測されている。
【０００５】
また、レチクル１とウエハ２８との相対位置を検出するためのアライメント検出系３６がレチクル１の上部に配置されており、露光装置はこれにより相対位置を検出した後、レチクル位置計測レーザー干渉計３０とウエハ位置計測レーザー干渉計３５とによりレチクル１とウエハ２８間の位置の同期をとって走査露光を行なう。
【０００６】
装置全体は、除振台３９上に搭載された本体フレーム３８により支持されており、レチクルステージ２９はこの本体フレーム３８上に配置された構造体３７上を移動する。そして、図６に示すように、従来のレチクル保持装置は、レチクル１の下面のパターンの無い限られた部分（図６において斜線を施した部分）を、レチクル保持装置に設置されている真空パッド２２上に真空吸着しているだけであった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の上記保持装置では、真空パッド２２上にレチクル１の下面のパターンの無い限られた部分を真空吸着しているだけであったため、吸着面積が小さい場合、レチクルステージ２９の走査駆動時の加速度を上げて生産性を向上させようとすると、真空吸着によって発生したレチクル１とレチクルステージ２９との間のレチクル保持力（摩擦力）をレチクル１の慣性力が上回り、レチクル１とレチクル保持装置２９との間で滑りが生じる可能性がある。このような滑りによって、レチクル１の位置がずれると、アライメント精度が低下したり、最悪の場合、アライメントが不可能になるという重大な問題点があった。このため、レチクルステージ２９の走査駆動加速度に限界を生じ、デバイスの生産性の向上を阻害していた。レチクル保持力を増大させるためには、電気的または機械的な力でレチクル１をレチクルステージ２９に押し付けることも考えられる。しかし、押し付け機構をレチクルステージ２９上に設置すると、レチクルステージ２９上にレチクル１を搭載する際に、上方から降りてくるレチクル１に対し押し付け機構を退避させる機能等を付加する必要があり、機構が複雑になる。また、静電気力を使った吸着装置では、真空吸着と比較して飛躍的に吸着力が増すわけではなく、さらに、高圧電源等の高価な電機部品が必要となり、レチクル保持装置をコストアップさせる結果となっていた。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点に鑑みなされたものであって、レチクル等の平板状の試料とレチクルステージ等の試料台との接触面積を拡大することなく、簡単で安価に試料を試料台に堅固に保持し、試料の走査駆動時の加速度を増大させて、生産性の向上と高精度化を両立させることができる試料保持装置およびこの保持装置を用いた露光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の試料保持装置は、平板状の試料を搭載して該試料の板面と平行な方向に移動可能な試料台の上に前記試料を保持する試料保持装置において、前記試料および前記試料台に対し物理的に分離し独立した独立保持用具により前記試料を前記試料台上に保持し、該独立保持用具は前記試料台上に搭載される部材と、該部材に対して前記板面と平行な板ばねを介して連結された独立部材とを備え、前記試料台上に搭載される部材は真空吸着または磁力吸着により前記試料台に吸着可能であり、前記独立部材に前記試料の上面を真空吸着させることによって前記試料を保持することを特徴とする。
また本発明の試料保持装置は、平板状の試料を搭載して該試料の板面と平行な方向に移動可能な試料台の上に前記試料を保持する試料保持装置において、前記試料の下面を前記試料台上に真空吸着するとともに、前記試料および前記試料台に対し物理的に分離し独立した独立保持用具により前記試料を前記試料台上に保持し、該独立保持用具は前記試料台上に搭載される部材と、該部材に対して前記板面と平行な板ばねを介して連結された独立部材とを備え、前記試料台上に搭載される部材は真空吸着または磁力吸着により前記試料台に吸着可能であり、前記独立部材に前記試料の上面を真空吸着させることによって前記試料を保持することを特徴とする。
【００１０】
さらに本発明の試料保持装置は、平板状の試料を搭載して該試料の板面と平行な方向に移動可能な試料台の上に前記試料を保持する試料保持装置において、前記試料および前記試料台に対し物理的に分離し独立した独立保持用具により前記試料を前記試料台上に保持し、前記試料台上に搭載される部材は真空吸着または磁力吸着により前記試料台に吸着可能であり、前記試料の下面を前記試料台に真空吸着するとともに、前記試料台上に搭載される部材に対して、前記板面と平行な方向に剛体として機能し、該方向に垂直な方向に弾性体と機能する部材を介して連結された部材に前記試料の上面を真空吸着させることによって前記試料を保持することを特徴とする。
さらに本発明の試料保持装置は、平板状の試料を搭載して該試料の板面と平行な方向に移動可能な試料台の上に前記試料を保持する試料保持装置において、前記試料の下面を前記試料台上に真空吸着するとともに、前記試料および前記試料台に対し物理的に分離し独立した独立保持用具により前記試料を前記試料台上に保持し、該独立保持用具は前記試料台に対して真空吸着または磁気吸着される第１独立部材と、該第１独立部材に対して前記板面と平行な板ばねを介して連結された第２独立部材とを備え、該第２独立部材に前記試料の上面を真空吸着させることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明は、平板状の試料がレチクルであって、該レチクルを試料台としてのレチクルステージに対し保持する走査型露光装置に適用した場合に、レチクル下面のパターンの無い部分を従来の吸着手段によってレチクルステージに吸着するとともに、レチクル上面の被露光部分とレチクルステージ上の適当な部分とをレチクルおよびレチクルステージに対し物理的に分離し独立した独立保持用具をもって、該レチクルをレチクルステージに対して堅固に保持可能ならしめる。
【００１２】
走査型露光装置のレチクルステージにこのようなレチクル保持装置を搭載することで、レチクルをレチクルステージに安定した状態にて保持し、露光中にレチクルの位置がずれるのを回避することができる。これによって、走査型露光装置の転写精度を向上させ、高速化による生産性の向上にも大きく貢献できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施の形態について、平板状の試料がレチクルであり、走査型露光装置に適用する場合を例として、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態に係るレチクル保持装置を搭載した走査型露光装置のレチクルステージ部分を示す平面図、図２は図１の横断面図である。図１において、レチクル１は、レチクル保持装置を有する試料台としての移動台２上に保持される。移動台２は、固定部に固定されている基盤３の上方に配置され、両側に設けられた駆動アクチュエータであるリニアモータの互いに平行で真直に連続する両固定子４，４に沿ってレチクル１の表面と平行な方向（図１中、上下方向）に移動可能である。移動台２の両側にはリニアモータの各固定子４に対応する可動子５が配設されている。
【００１４】
上記レチクル保持装置は、レチクル１および移動台２に対し物理的に分離し独立した独立保持用具Ｈ１を４箇所に有し、独立保持用具Ｈ１は独立部材６および独立部材７と、これらの両独立部材６，７を連結するための板バネ８等とを備えている。図２に示すように、独立部材６は移動台２に接する面に真空溝６ａが設けられ、独立部材７はレチクル１に接する面に真空溝７ａが設けられており、独立部材６および７の真空溝６ａ，７ａ内の真空空間は、その真上近傍を通る真空チューブ９によって連通し、さらに、真空溝６ａ，７ａ内の真空空間は、移動台２に設けられた真空供給路１９ａおよびこれに連通接続された配管１９と真空バルブ制御装置２０とを介して真空源２１に連通可能となっている。
【００１５】
また、独立部材６および７は、材質が比重の軽い金属、セラミックス等であることが望ましく、比較的安価なアルミニウムを使用することもでき、独立部材６が移動台と接触する接触面積の方が、独立部材７がレチクル１と接触する接触面積よりも大きくなるように寸法設定されている。
【００１６】
板バネ８は、移動台２の移動する方向には剛体として機能し、独立部材６と独立部材７とが相対的に変位せず、移動台２の移動する方向に対し垂直方向（図１において紙面に対して垂直な方向）には弾性体として機能し、独立部材６と独立部材７とが相対的に弾性変位可能となるように、両独立部材６と７を連結している。
【００１７】
そして、この実施の形態に係るレチクル保持装置は、両独立部材６，７と、板バネ８と、真空チューブ９を備えた独立保持用具Ｈ１に、従来と同様の真空パッド２２による真空吸着を併用している。真空パッド２２は、移動台２に設けられた真空供給路１８ａおよびこれに連通接続された配管１８と真空バルブ制御装置２０とを介して真空源２１に連通可能になっている。
【００１８】
本発明の上記実施の形態に係るレチクル保持装置を備えた走査型露光装置は、移動台２上の反射鏡１０、移動台２の方向へ向かうレーザー光の光軸上に固定された干渉計１１，干渉計１１に配置された検出器１２，露光用のレーザー光の光軸を直進と反射とに分割する光分割器１３、折曲げミラー１４等を有している。そして、移動台２の位置を計測するために、レーザーヘッド１５から射出されたレーザー光は、光分割器１３によりレチクル１の中心軸上で移動台２の位置を計測する光軸と直進する光軸とに分けられ、直進する光軸は中心軸から離れた位置の光軸上に置かれた折曲げミラー１４により移動台２の方向へ折曲げられている。移動台２の方向へ向かうこれらのレーザー光の各々の光軸上には干渉計１１が固定されており、移動台２上には反射鏡１０が搭載されている。各干渉計１１には検出器１２が配置され、これにより移動台２の位置と水平方向の回転とを計測することができるようになっている。
【００１９】
次に、図２を参照しつつ、上記レチクル保持装置を備えた走査型露光装置の動作について説明する。移動台２は水平方向支持静圧パッド１６および垂直方向支持静圧パッド１７を介して基盤３により垂直および水平方向に非接触にて案内されており、図２における紙面に対して垂直方向に移動可能となっている。
【００２０】
今、露光装置の基準部に置かれた不図示のレチクル基準マークに対して不図示のアライメント検出およびレチクル駆動系によって、レチクル１を真空パッド２２上に位置合わせした後、真空バルブ制御装置２０を含む真空制御装置によって真空源２１から真空配管１８および真空供給路１８ａを通して真空パッド２２を真空にし、レチクル１を真空パッド２２に真空吸着する。次に、両独立部材６，７と、板バネ８と、真空チューブ９を備えた各独立保持用具Ｈ１を、不図示の搬送系によって、移動台２とレチクル１とに亘って設置する。独立保持用具Ｈ１の搬送系は、レチクル搬送系と兼用することも可能である。
【００２１】
ここで、真空制御装置によって、真空源２１から真空配管１９および真空供給路１９ａを通して、独立部材６と移動台２の接触する空間を真空とし、該独立部材６を移動台２に対して真空吸着する。すると、真空チューブ９によって独立部材７とレチクル１との接触する空間も真空となり、この結果、レチクル１は真空パッド２２とともに独立部材７によっても真空吸着される。この時、独立部材６と移動台２との接触面積は大きく、従って、吸着力も大きく設定することができるので、ここでの滑りを無視すると、レチクル１を移動台２の移動する方向に保持するレチクル保持力Ｆｈは、真空パッド２２のレチクル吸着力をｆ１、独立部材７のレチクル吸着力をｆ２、レチクル１の下面と真空パッド２２との摩擦係数をμ１、レチクル１の上面と独立部材７との摩擦係数をμ２とし、レチクル１の重量をＷとして、独立部材７の重量を無視すると、下記数１式で表される。
【００２２】
【数１】

ここで、レチクル１の上面の吸着面積は、レチクル下面の吸着面積に比べて制約が少ないことと、摩擦係数μ２も表面加工等で大きくすることができるので、ｆ１とｆ２、μ１とμ２の大小関係は下記数２式で表される。
【００２３】
【数２】

従って、数１式は下記数３式で表される。
【００２４】
【数３】

数３式から、この実施の形態に係るレチクル保持力Ｆｈは、従来の保持装置に比べて、レチクル重量を除いた部分で２倍以上の大きさに設定することができると言える。
【００２５】
露光を行なうために移動台２をウエハーステージと同期して駆動する際に、移動台２の加減速時にレチクル１に作用する力Ｆｒは、移動台２の加減速度をαとすると、下記数４式で表される。
【００２６】
【数４】

このときレチクル１が位置ずれしないように保持するためにはＦｈ＞Ｆｒとなるように、独立部材７がレチクル１の上面と接触する面積と真空度が設定されている。
【００２７】
次に、露光が終了し、レチクル１を交換するときには、真空バルブ制御装置２０を含む真空制御装置によって真空パッド２２および独立部材６への真空供給を断ち、大気に解放する。この後、不図示のレチクル搬送系により、独立保持用具Ｈ１およびレチクル１を搬出し、レチクル１のみを交換する。
【００２８】
この実施の形態によれば、独立部材６および７は安価な材料で構成することができ、板バネ８は、移動台２の移動する方向にのみ剛であればよいので、設計が容易で簡単である。また、レチクル保持装置の独立保持用具Ｈ１を構成する両独立部材６，７、板バネ８および真空チューブ９は、部品点数も少なく材質も軽くすることができ、従来のレチクル搬送系を利用することが可能である。さらに、真空源も従来のものを利用可能であるという利点がある。
【００３２】
（デバイス製造方法の係る実施の形態）
次に、上記レチクル保持装置を有するレチクルステージを備えた走査型露光装置を利用して、デバイスを製造する方法の一例について説明する。図４は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造フローを示す図である。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い、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。
【００３３】
ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上述のステップで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（組立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって製作されたウエハを用いて半導体チップを作成する工程であり、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で製作された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久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。
【００３４】
図５は上記ウエハプロセス（ステップ４）の詳細フローを示す図である。ステップ１１（酸化工程）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ工程）ではウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成工程）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（イオン打込み工程）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理工程）ではウエハに感光剤を塗布する。
【００３５】
以上のようなウエハの表面処理工程を経て、ステップ１６（露光工程）では上記本発明に係る走査型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け露光する。次に、ステップ１７（現像工程）では露光したウエハを現像し、ステップ１８（エッチング工程）では、ステップ１７で現像したレジスト像以外の部分を削り取る。最後のステップ１９（レジスト剥離工程）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。
【００３６】
また、上記ステップ１１〜１９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。
【００３７】
本発明の上記実施の形態に係るデバイス製造方法を採用することによって、従来は製造が困難だった高集積度の半導体デバイスを高い生産性で製造することができる。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施の形態によっては限定されず、種々の変形および変更が可能である。例えば、第１の実施の形態において、独立部材２３は移動台２に対し真空吸着しているが、独立部材２３に磁石を埋め込み、移動台２の対向する面を鉄等の磁性体または磁石にして、磁気吸着方式にしてもよい。この場合、希土類磁石を用いると吸着面において最大で５．５気圧程度の吸着力を得ることもできる。独立保持用具Ｈ１，Ｈ２は、使用箇所数が４箇所に限らず２箇所または３箇所でもよく、５箇所以上であってもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、次のような効果を奏する。平板状の試料を試料台に対し真空吸着する従来の方法とともに、その真空吸着源ないし磁石を吸着源として、試料および試料台に対し物理的に分離し独立した独立保持用具をもって、試料および試料台に対し堅固に安定保持することができる。また、該独立保持用具は、試料および試料台上に搭載した後、試料台上に吸着できるため、試料搭載時に、試料に対して退避する等の複雑な機構を必要とすることがない。かかる試料保持装置を用いた走査型露光装置では、露光中に試料が位置ずれするのを回避できるので、走査型露光装置の転写精度を向上させることができ、さらに、試料台を駆動するときの加速度を大きく設定することができ、高速化によるデバイスの生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレチクル保持装置を搭載したレチクルステージ部分を示す平面図である。
【図２】図１のレチクルステージ部分の横断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るレチクル保持装置を搭載した露光装置を用いて半導体デバイスを製造する方法のフローチャートである。
【図４】図３のウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。
【図５】従来のレチクル保持装置を用いた走査型露光装置を示す立面図である。
【図６】従来のレチクル保持装置の概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
Ｈ１：独立保持用具、Ｈ２：独立保持用具、１：レチクル、２：移動台、３：基盤、４：リニアモータの固定子、５：リニアモータの可動子、６：独立部材、６ａ：真空溝、７：独立部材、７ａ：真空溝、８：板バネ、９：真空チューブ、１０：反射鏡、１１：干渉計、１２：検出器、１３：光分割器、１４：折曲げミラー、１５：レーザーヘッド、１６：水平方向静圧パッド、１７：垂直方向静圧パッド、１８：配管、１８ａ：真空供給路、１９：配管、１９ａ：真空供給路、２０：真空バルブ制御装置、２１：真空源、２２：真空パッド、２３：独立部材、２３ａ：真空溝、２４：板バネ、２５：鋼球、２６：照明系、２７：投影系、２８：ウエハ、２９：レチクルステージ、３０：レチクル位置計測レーザー干渉計、３１：反射鏡、３２：ウエハチャック、３３：ウエハステージ、３４：バーミラー、３５：ウエハ位置計測レーザー干渉計、３６：アライメント検出系、３７：構造体、３８：本体、３９：除振台。

Claims

平板状の試料を搭載して該試料の板面と平行な方向に移動可能な試料台の上に前記試料を保持する試料保持装置において、前記試料および前記試料台に対し物理的に分離し独立した独立保持用具により前記試料を前記試料台上に保持し、該独立保持用具は前記試料台上に搭載される部材と、該部材に対して前記板面と平行な板ばねを介して連結された独立部材とを備え、前記試料台上に搭載される部材は真空吸着または磁力吸着により前記試料台に吸着可能であり、前記独立部材に前記試料の上面を真空吸着させることによって前記試料を保持することを特徴とする試料保持装置。
平板状の試料を搭載して該試料の板面と平行な方向に移動可能な試料台の上に前記試料を保持する試料保持装置において、前記試料の下面を前記試料台上に真空吸着するとともに、前記試料および前記試料台に対し物理的に分離し独立した独立保持用具により前記試料を前記試料台上に保持し、該独立保持用具は前記試料台上に搭載される部材と、該部材に対して前記板面と平行な板ばねを介して連結された独立部材とを備え、前記試料台上に搭載される部材は真空吸着または磁力吸着により前記試料台に吸着可能であり、前記独立部材に前記試料の上面を真空吸着させることによって前記試料を保持することを特徴とする試料保持装置。
平板状の試料を搭載して該試料の板面と平行な方向に移動可能な試料台の上に前記試料を保持する試料保持装置において、前記試料および前記試料台に対し物理的に分離し独立した独立保持用具により前記試料を前記試料台上に保持し、前記試料台上に搭載される部材は真空吸着または磁力吸着により前記試料台に吸着可能であり、前記試料の下面を前記試料台に真空吸着するとともに、前記試料台上に搭載される部材に対して、前記板面と平行な方向に剛体として機能し、該方向に垂直な方向に弾性体と機能する部材を介して連結された部材に前記試料の上面を真空吸着させることによって前記試料を保持することを特徴とする試料保持装置。
平板状の試料を搭載して該試料の板面と平行な方向に移動可能な試料台の上に前記試料を保持する試料保持装置において、前記試料の下面を前記試料台上に真空吸着するとともに、前記試料および前記試料台に対し物理的に分離し独立した独立保持用具により前記試料を前記試料台上に保持し、該独立保持用具は前記試料台に対して真空吸着または磁気吸着される第１独立部材と、該第１独立部材に対して前記板面と平行な板ばねを介して連結された第２独立部材とを備え、該第２独立部材に前記試料の上面を真空吸着させることを特徴とする試料保持装置。
前記磁気吸引力または真空吸引力を制御する制御手段と、前記独立保持用具を前記試料台上に搬送する搬送手段と、露光手段とを備え、前記試料上のパターンを被露光基板上に転写することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の試料保持装置を用いた露光装置。