JP5932305B2 - ステージ装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステージ装置、露光装置及びデバイス製造方法に関する。

液晶表示素子、半導体素子は、マスク上に形成されたパターンをガラスプレートやウエハといった基板上に転写するフォトリソグラフィの手法により製造される。このフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、基板を載置して移動する基板ステージとパターンを有するマスクを載置して移動するマスクステージとを有する。この露光装置は、マスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながら投影光学系を介してマスク上に形成されたパターンを基板に投影して転写する。転写精度を保つために、基板の上面の平面度を小さくする必要があり、そのために、構成部品単品の高精度加工や組み立て時の高さ調整が実施されている。
構成部品単品の加工に関しては、実使用時と同じ応力条件を再現した状態で加工することで、目標とする平面度を実現する。また高さ調整に関しては、露光装置内に微調整可能な調整機構を設けてミクロンオーダーで高さを調整して所定の平面度を実現する。調整機構は、基板を保持する基板保持部と基板保持部を支持する支持部との間に構成されている。基板保持部の上面全面は、その調整機構をＺ方向に駆動させることで、理想の平面度になる。
基板保持部上面の平面度を調整する従来技術について説明する。特許文献１には、高さを調整できる機構を備えた基板ステージ装置が開示されている。この基板ステージ装置は、基板保持部の下に高さ調整機構を水平方向に複数配置し、基板保持部上面の平面度を計測系と電気制御部を連動させて調整する。しかし、特許文献１は、基板保持部と高さ調整機構との固定に関して言及していない。したがって、特許文献１記載の基板ステージ装置では、基板保持部の高さを調整したときに基板ステージ装置の一部に残留応力が発生して基板保持部の平面度が経時変化を発生する懸念がある。また、特許文献２では、基板保持部と高さ調整機構との間に板バネを使用して応力を水平方向に逃がす方法が提案されているが、応力が残留することには変わり無く、経時変化の懸念が残る。

特開２００９-２１８３７２号公報 特開２００４-１６５５８２号公報

以上のように、これまでの基板保持部上面の平面度を調整可能なステージ装置では、基板保持部と高さ調整機構との間に残留応力が発生してしまう構造となっており、基板上面の平面度が経時的変化を起こしてしまう。その結果、基板不良に伴う損失を招く。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであって、基板保持部の高さ調整に伴う残留応力の低減に有利なステージ装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面は、基板を保持して前記基板の表面に直交する方向に移動可能なステージ装置であって、基盤と、前記基板を保持する基板保持部と、を備え、前記基盤上に固定された一端部と前記基板保持部に固定された他端部とを有し、該他端部の前記方向における位置を調整可能な１つの第１調整部と、前記基盤上に固定された一端部と、前記基板保持部と結合している第１状態と前記基板保持部と結合していない第２状態とに切り替え可能な他端部とをそれぞれ有し、該他端部の前記方向における位置を個別に調整可能な複数の第２調整部と、前記複数の第２調整部及び前記第１調整部の少なくとも１つの他端部の前記方向における位置を調整する間、前記複数の第２調整部の他端部のすべての結合状態が前記第２状態となるように、前記第１調整部及び前記複数の第２調整部を制御する制御部と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、基板保持部の高さ調整に伴う残留応力の低減に有利なステージ装置を提供することを目的とする。

露光装置を示す図 基板ステージを示す図 基板ステージの駆動シーケンスを示す図 真空チャック機構を複数配置した例を示す図 真空チャック機構を示す図 静電チャック機構を示す図 高さ調整機構を示す図

次に、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。

まず、本発明のステージ装置を適用できる露光装置の説明をする。図１は、露光装置の全体構成を示す概念図である。投影光学系１０を挟んで垂直方向の上側にマスクステージ２０が配置され、下側に基板ステージ（ステージ装置）３０が配置されている。これらマスクステージ２０と基板ステージ３０はそれぞれ個別に移動可能であり、これらの移動位置はともにレーザ干渉測長器５０により計測制御可能である。

基板ステージ３０は本体ベース３１上に直交方向に配置されたＹステージ３２およびＸステージ３３を有する。Ｘステージ３３上に個別に垂直方向に可変可能な支持足１５０を介してθＺステージ３４が搭載され、この上にXY面内でのθ回転機構１２０を配置し、さらにその上に基板保持部の基盤３７および基板保持部３５が基板サイズに合わせて各々１つ以上搭載される。基板保持部３５は露光されるべき基板３６を保持する。

基板３６の保持方法について説明する。図１では図示しないが、基板保持部３５にエア配管が構成されている。基板保持部３５は、基板３６の裏面を基板保持部３５の上面に設けられた図示していない真空チャック機構により基板３６を吸着保持したり脱着解放したりすることが可能である。基板保持部３５が基板３６を真空チャックすることによって、基板３６は基板ステージ３０によりＸ、ＹおよびＺ方向に移動可能であると共にＸＹ面内でも回転可能に支持されることになる。θＺステージ３４は、露光時、基板３６の表面を投影光学系１０の基板側焦点面に一致させる。なお、基板３６もしくは基板保持部３５の上面の平面度は、基盤上に設置され基板３６の表面に直交する方向（鉛直方向）における基板保持部３５の位置を変更可能に支持する少なくとも１つの支持部６０により調整される。

マスクステージ２０は、マスクステージ定盤２１と、その上に配置されたＸＹθステージ２２とを備え、この上に投影されるべきパタ−ンを有するマスク２３が配置される。従って、マスク２３はＸおよびＹ方向に移動可能であると共にＸＹ面内で回転可能に支持されることになる。マスクステージ２０の上方には、マスク２３と基板３６の像を投影光学系１０を介して観察できる観察光学系４０が配置され、さらにその上方に照明光学系４１が配置されている。

マスクステージ２０および基板ステージ３０は、共にレーザ干渉測長器５０により位置計測される。レーザ干渉測長器５０は、レ−ザヘッド５１と、干渉ミラ−５２，５３と、θＺステージ３４に取り付けられた第１の反射ミラ−５４と、マスクステージ定盤２１に取り付けられた第２の反射ミラ−５５とを有する。ここで、レーザ干渉測長器５０のレーザビーム位置は、マスクステージ２０については上下方向（投影光学系１０の光軸方向）ではほぼ投影光学系１０のマスク側焦点面に、水平面内ではほぼ投影光学系１０の光軸位置に設定される。レーザ干渉測長器５０のレーザビーム位置は、基板ステージ３０についても水平面内ではほぼ投影光学系１０の光軸位置に設定されて、上下方向で投影光学系１０の基板側焦点面を通るように設定されている。

図２は本発明を適用した基板ステージ３０の概略図を示す。なお、本実施形態は、１つの基板保持部３５に対して１つの支持部６０が構成されている状態を示す。支持部６０は、複数の第２調整部６３ａと１つの第１調整部６３ｂ、第１調整部６３ｂ、第２調整部６３ａを制御する制御部とを含んでいる。制御部は、後述する演算制御部９９とエア制御部６４とを含んでいる。第１調整部６３ｂは、その一端部が基盤３７上に固定され、他端部６２が基板保持部３５の下面に固定され、他端部６２の鉛直方向における位置を調整可能である。第１調整部６３ｂは、基板保持部３５の高さを調整するときに、基板保持部３５が水平方向に変位することを抑制するために構成されており、基板保持部３５と他端部６２でボルトにより締結固定されている。第２調整部６３ａは、その一端部が基盤３７上に固定され、他端部６１が基板保持部３５と結合する第１状態と結合していない第２状態とに切り替え可能で、しかも、他端部６１の鉛直方向における位置を調整可能である。第１〜第２調整部６３ｂ、６３ａは、図７に示すように、ピストン部１２１のピストン１０７を駆動させることで充鎮された非圧縮性流体がピストン部空間１０５からチューブ１０８をとおり本体部１２０の内部空間１０２に移動する。ピストン１０７の駆動によって内部空間１０２の非圧縮性流体の体積が変動した分だけダイヤフラム１０３が変形することで駆動部（他端部）１０１が上下に変位する。この第１〜第２調整部６３ｂ、６３ａの「ピストン１０７の送り量に対する駆動部１０１の変位量」や「ストローク」といった仕様は以下のように決まる。

まず、ピストン１０７の送り量に対する駆動部１０１の変位量は、ダイヤフラム部１０２と駆動部１０１の断面積（紙面上方向にみた面）の和とピストン１０７の断面積（紙面左方向にみた面）の比で決まる。また、駆動部１０１のストロークは、ピストン１０７のストロークとピストン１０７の送り量に対する駆動部１０１の変位量との積となる。そのため、駆動部１０１を高精度に位置決めしようとするとピストン１０７の断面積が小さくなる。ダイヤフラム１０３の面積とピストン部１２１の面積の比率を変えることで第１〜第２調整部６３ｂ，６３ａの位置決め精度を決定することが可能である。また、第１〜第２調整部６３ｂ，６３ａの他端部の上面は、ダイヤフラム１０３により自由に傾く構造となっている。例えば、他端部６１に配置されている真空チャック機構が斜めに傾いた場合、第２調整部６３ａの上面はその角度分だけ傾き、下面は基盤３７の上面に倣うことになる。

本実施の形態はこれに限らず基板保持部３５および基盤３７の大きさ、形状、各構成部品の員数により任意にそれぞれの機構を任意の数だけ配置することが可能である。
第２調整部６３ａの他端部６１に設置され第２調整部６３ａを基板保持部３５と結合可能とする真空チャック機構は、エア配管６５を介してエア制御部６４に接続されている。また同様に、基板保持部３５は別系統のエア配管６６を介してエア制御部６４に接続されている。第１〜第２調整部６３ｂ，６３ａの高さ調整機構６３は、駆動部６７と接続されている。更に基板３６もしくは基板保持部３５の上面の高さ位置を計測する計測器６８は、基板保持部３５の上方に配置されている。エア制御部６４、駆動部６７、計測器６８は、演算制御部９９と接続されており、計測器６８の計測結果に基づいて高さ調整機構の調整量の制御を行うことが出来る。なお、図示した計測器６８は、支持部６０によって支持される箇所のそれぞれにおける、基板保持部３５もしくは基板３６上面の位置計測出来るものであれば良く、調整に要求される精度に合わせて、員数、配置ピッチを自由に変えることが出来る。

図３は、基板３６上面の高さ調整を行う場合の、計測から高さ調整までの流れを示す。なお、基板保持部３５、第２調整部６３ａの他端部６１の真空チャック機構、第１〜第２調整部６３ｂ，６３ａの高さ調整機構に接続されるそれぞれの配管やケーブルは図示していない。まず、装置の組立時もしくはメンテナンス時を想定して、初期状態は基板３６が傾いた状態とする（状態a）。この状態aでは、第２調整部６３ａの真空チャック機構は基板保持部３５の裏面を吸着状態（第１状態）で固定している。計測器６８は、基板保持部３５に載置された基板３６の上面を複数点計測し、得られた高さ位置情報は、図示していない演算制御部９９へ取り込まれる。

次に、調整前の工程として、演算制御部９９からの指令により第２調整部６３ａの真空チャック機構を大気開放状態（第２状態）に切り替える（状態b）。すなわち、基板保持部３５は第１調整部６３ｂの他端部６２の１点のみで水平方向および垂直方向を固定した状態となる。なお、第１調整部６３ｂの他端部６２を支点に基板保持部３５は傾くことができる。

続いて、指令値は演算制御部９９から駆動部６７に送られ、第２調整部６３ａの他端部６１を基板保持部３５と結合しない状態に維持しながら第１〜第２調整部６３ｂ，６３ａの高さ調整機構を連動して駆動させることができる。よって目的の位置へ基板保持部３５をZ変位させることになる（状態c）。ここで、基板保持部３５と第２調整部６３ａの他端部６１の真空チャック機構との間は結合状態ではないため、基板保持部３５にはZ変位するためだけの力が加わることとなる。すなわち、基板保持部３５には、過度な応力が負荷されない。

第１〜第２調整部６３ｂ，６３ａによる高さ調整の終了後に、第２調整部６３ａの真空チャック機構を結合状態に切り替えて、基板保持部３５を固定する（状態d）。なお、真空チャックによる固定の瞬間に基板保持部３５がずれても、繰り返し動作を実施することで修正することが出来る。以上のように、計測から高さ調整までを繰り返し実施することで、基板３６の上面の位置を目標とする位置まで変位させることが可能である。例えば図４に示すように、基板保持部３５に対して１つの支持部６０の５点の第１〜第２調整部６３ｂ，６３ａにより支持し、その基板保持部３５を水平方向に１２個配置するなどして、大型基板３６の平面度を追い込むことも可能である。

図５には、第２調整部６３ａの真空チャック機構の機能を適用できる形態を示す。真空チャック機構におけるエア吸着領域は、円形に一段掘られた吸着溝７０の領域である。この吸着溝への吸着エア供給は、図示しない配管系統からエア吸着穴７１に接続され、吸着溝面穴７１aから吸着溝７０へ実施される。四隅のザグリ穴７２は下部に構成される高さ調整機構との締結に使用するために用意されている。 あくまで一例を挙げたが、装置拡大により大幅な吸着力確保が必要となれば吸着溝の面積を広くする方法もしくは磁石を利用した方法がある。

図６には、基板ステージ３０の駆動加速度が増大した場合などに対して、基板保持部３５の保持力をさらに多く確保するための態様を示す。図６の態様では、高さ調整機構の上面に２つのマグネット８０と真空チャック機構を有する他端部６１とを構成し、上部に位置する基板保持部３５下面にマグネット受け８１を２つ構成したマグネット受けベース８２がそれぞれ締結固定されている。マグネット受け８１の材料は、マグネット８０と互いに吸引し合う軟磁性材料もしくは硬磁性材料である。マグネット８０とマグネット受け８１とで静電チャック機構を構成している。

真空チャック状態では、真空チャック機構の上面とマグネット受けベース８２の下面が接触面８３として接触することとなる。このとき、両側に構成されたマグネット８０と、それぞれの上下で向かい合うマグネット受け８１との間で吸引力が働き、基板保持部３５の保持力となる。吸引力は、マグネット８０とマグネット受け８１との間隙を調整することで任意で変化させることが出来る。そのため、基板ステージ３０の駆動条件に合わせて最適な吸引力を得ることが可能となる。また、高さ調整時には、真空チャック機構に繋がれたエア配管系統からエアブローする。そのため、接触面８３の領域が非接触状態となり、基板保持部３５の高さ調整による残留応力発生を抑えることが可能となる。

［デバイス製造方法］
次に、デバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。半導体デバイスは、ウエハに集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程を経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、ウエハを現像する工程を含む。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）を含む。液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、ガラス基板を現像する工程を含む。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

Claims (6)

1. 基板を保持して前記基板の表面に直交する方向に移動可能なステージ装置であって、
   基盤と、
   前記基板を保持する基板保持部と、
   を備え、
   前記基盤上に固定された一端部と前記基板保持部に固定された他端部とを有し、該他端部の前記方向における位置を調整可能な１つの第１調整部と、
   前記基盤上に固定された一端部と、前記基板保持部と結合している第１状態と前記基板保持部と結合していない第２状態とに切り替え可能な他端部とをそれぞれ有し、該他端部の前記方向における位置を個別に調整可能な複数の第２調整部と、
   前記複数の第２調整部及び前記第１調整部の少なくとも１つの他端部の前記方向における位置を調整する間、前記複数の第２調整部の他端部のすべての結合状態が前記第２状態となるように、前記第１調整部及び前記複数の第２調整部を制御する制御部と、
   を含むことを特徴とするステージ装置。
2. 基板を保持して前記基板の表面に直交する方向に移動可能なステージ装置であって、
   基盤と、
   前記基板を保持する基板保持部と、
   を備え、
   前記基盤上に固定された一端部と前記基板保持部の中央に固定された他端部とを有し、該他端部の前記方向における位置を調整可能な第１調整部と、
   前記第１調整部の周辺に配置され、前記基盤上に固定された一端部と、前記基板保持部と結合している第１状態と前記基板保持部と結合していない第２状態とに切り替え可能な他端部とをそれぞれ有し、該他端部の前記方向における位置を個別に調整可能な第２調整部と、
   前記第２調整部及び前記第１調整部の少なくとも１つの他端部の前記方向における位置を調整する間、前記第２調整部の他端部の結合状態が前記第２状態となるように、前記第１調整部及び前記第２調整部を制御する制御部と、
   を含むことを特徴とするステージ装置。
3. 前記第２調整部は、その他端部を前記基板保持部と結合可能にする真空チャック機構及び静電チャック機構の少なくともいずれかを含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のステージ装置。
4. 前記基板保持部が前記第１調整部又は前記第２調整部によって支持される箇所のそれぞれにおいて、前記基板保持部の上面又は該基板保持部によって保持される基板の上面の前記方向における位置を計測する計測器をさらに備え、
   前記制御部は、前記計測器の計測結果に基づいて前記第１調整部及び前記各第２調整部の他端部それぞれの前記方向における位置の調整量を決定し、前記複数の第２調整部の他端部の結合状態を前記第２状態に維持しながら前記第１調整部及び前記複数の第２調整部の他端部それぞれの前記方向における位置を前記決定された調整量だけ調整し、当該調整の終了後に前記複数の第２調整部の他端部すべての結合状態を前記第１状態に切り替える
   ことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のステージ装置。
5. 基板を露光する露光装置であって、
   前記基板は請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のステージ装置により保持されることを特徴とする露光装置。
6. デバイスを製造する方法であって、
   請求項５に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で露光された基板を現像する工程と、
   を含むことを特徴とする方法。

Images