JP7178944B2

JP7178944B2 - ステージ装置

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Publication number: JP7178944B2
Application number: JP2019074272A
Authority: JP
Inventors: 保尚佐藤
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2022-11-28
Anticipated expiration: 2039-04-09
Also published as: JP2020173317A

Description

本発明による実施形態は、ステージ装置に関する。

荷電粒子ビーム描画装置は、描画ステージがマスクの位置を調整しながら、マスクに所定のパターンを描画する。要求される描画精度でマスクを描画するために、描画ステージは高い姿勢安定性が求められる。この姿勢安定性の要求仕様を満たすように、描画ステージは組立および調整される。

しかし、真空チャンバが真空引きによって変形すると、それに伴い、描画ステージの姿勢の安定性が悪化して要求仕様を満たさなくなってしまうおそれがある。これは、マスクの描画精度の劣化に繋がる。

特開２００４－１７２６３５号公報

真空引きによるステージの変形を抑制することができるステージ装置を提供することを目的とする。

本実施形態によるステージ装置は、真空引きされたチャンバ内に収容され、処理対象を載置するステージ部と、ステージ部とチャンバの内壁との間に設けられ、ステージ部を支持する複数の支持部とを備え、複数の支持部のそれぞれは、ステージ部に対向する第１面と、チャンバに対向する第２面と、第１面と第２面との間にある側面とを含み、支持部は、支持部の側面から内部に向かって第１方向および該第１方向とは反対の第２方向から切り込むように設けられた第１および第２溝部を有する。

第１実施形態によるステージ装置を有する荷電粒子ビーム描画装置の構成の一例を示す模式図。第１実施形態によるステージ部の構成の一例を示す斜視図。第１実施形態によるステージ部およびスペーサの構成の一例を示す図。第１実施形態によるスペーサの構成の一例を示す斜視図。第１実施形態によるステージ部に対するスペーサの配置の一例を示す平面図。第１実施形態による第３溝部および第４溝部を有しないスペーサの配置の一例を示す平面図。変形例によるステージ部に対するスペーサの配置の一例を示す平面図。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態によるステージ装置３０を有する荷電粒子ビーム描画装置の構成の一例を示す模式図である。図１に示す荷電粒子ビーム描画装置は、例えば、処理対象（マスクＷ）に電子ビームを照射して所定のパターンを描画する。尚、本実施形態は、描画装置の他、露光装置、電子顕微鏡、光学顕微鏡等の電子ビーム（荷電粒子ビーム）や光を処理対象に照射する装置であってもよい。従って、処理対象は、マスクの他、半導体基板等であってもよい。

荷電粒子ビーム描画装置は、チャンバ１０と、電子銃２０と、ステージ装置３０と、レーザ測長部４０とを備えている。チャンバ１０は、内部が真空引きされ、ステージ部５０などを収容する。電子銃２０は、チャンバ１０の天井部に設けられ、マスクＷに電子ビームを照射する。ステージ装置３０は、ステージ部５０と、複数の支持部（スペーサ）６０とを備えている。

ステージ部５０は、チャンバ１０内に収容される。また、ステージ部５０には、マスクＷが載置される。ステージ部５０は、載置されたマスクＷの位置を調整する。ステージ部５０は、ＸＹステージ５１ｘｙと、Ｚステージ５１ｚと、トップステージ５１ｔとを有する。

図２は、第１実施形態によるステージ部５０の構成の一例を示す斜視図である。ＸＹステージ５１ｘｙは、Ｙ軸ガイドレール５２ｙとＸ軸ガイドレール５２ｘとを有する。このガイドレール５２ｘ，５２ｙにより、ＸＹステージ５１ｘｙは、Ｚステージ５１ｚおよびトップステージ５１ｔをＸ軸、Ｙ軸の方向に移動させることができる。Ｚステージ５１ｚは、トップステージ５１ｔをＺ軸方向に移動させることができる。このように、トップステージ５１ｔは、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向に移動することができる。

図１を再度参照する。レーザ測長部４０は、トップステージ５１ｔの移動位置を測定する。この移動位置に基づいて、トップステージ５１ｔの位置はフィードバック制御される。マスクＷは、トップステージ５１ｔ上に載置され、トップステージ５１ｔの位置制御によりパターンが描画される。

スペーサ６０は、ステージ部５０を支持する。例えば、スペーサ６０は、チャンバ底面１１と、ＸＹステージ５１ｘｙとに固定されている。また、スペーサ６０は、部分的に肉厚が薄いスリット部６１を有する。スペーサ６０の構成については、図４を参照して後で説明する。

図３は、第１実施形態によるステージ部５０およびスペーサ６０の構成の一例を示す図である。図３は、図２のＹ方向から見た図である。尚、図３において、Ｚステージ５１ｚは省略されている。

ＸＹステージ５１ｘｙの上部およびガイドレール５２２ｙは、ころ５２３ｙ（転動体）が転がることによりＹ軸方向に移動する。尚、ＸＹステージ５１ｘｙの下部およびガイドレール５２１ｙは移動しない。大気中では、ころ５２３ｙとガイドレール５２１ｙ，５２２ｙとは接している。従って、ＸＹステージ５１ｘｙは、ガイドレール５２ｙに沿って安定して走行することができる。

ここで、チャンバ１０内が真空引きされると、チャンバ１０内の圧力が下がる。従って、図３に示すように、大気圧によりチャンバ底面１１がお椀状に変形する。チャンバ底面１１の変形がＸＹステージ５１ｘｙに伝わると、例えば、図３の矢印Ａに示すように、ガイドレール５２１ｙが反るように歪み、ころ（転動体）５２３ｙとガイドレール５２１ｙとの間に隙間Ｇが生じる場合がある。この場合、ころ５２３ｙとガイドレール５２１ｙとの間にがたつきが生じ、ＸＹステージ５１ｘｙの走行精度が不安定になる。この結果、ＸＹステージ５１ｘｙの行きと帰りで姿勢にずれが生じて、姿勢再現性が劣化する。姿勢は、ヨー角、ピッチ角、ロール角で表される。姿勢再現性とは、ステージの角度変化（ヨーイング、ピッチング、ローリング）の繰り返しの再現性である。例えば、姿勢再現性の劣化は、ステージを或る方向に動作させた際のステージの傾斜角とその反対方向に動作させた際のステージの傾斜角との差（姿勢角誤差）が大きくなることである。姿勢再現性が悪い場合、測長アッベ誤差の観点からマスクＷの描画精度が劣化してしまう。ここで、アッベ誤差とは、レーザ測長軸ＡＸ２とマスクＷの電子ビーム照射位置との距離（オフセットＯＳ）と姿勢角誤差との積である。尚、図３はＹ軸方向への走行の例を示しているが、Ｘ軸方向においても同様である。

そこで、本実施形態では、スペーサ６０にスリット部６１を設ける。これにより、スペーサ６０は、チャンバ底面１１の変形に追従して変形可能となり、チャンバ底面１１の変形を緩和（吸収）し、その変形をステージ部５０に伝達させない。以下、図４および図５を参照して、スペーサ６０の詳細について説明する。

図４は、第１実施形態によるスペーサ６０の構成の一例を示す斜視図である。図４のスペーサ６０の中央部に設けられるねじ穴６２は、例えば、ステージ部５０との固定に用いられる。ねじ穴６２の周囲の３つの穴６３は、例えば、チャンバ底面１１との固定に用いられる。

スリット部６１は、或る高さの第１水平面Ｓ１において第１方向Ｄ１にスペーサ６０の側面から内部に向かって設けられている第１溝部６１１と、第１水平面Ｓ１において第１方向Ｄ１とは反対の第２方向Ｄ２にスペーサ６０の側面から内部に向かって設けられている第２溝部６１２とを含む。鉛直方向から見た第１溝部６１１および第２溝部６１２の形状は、例えば、略半円形状となる（図５を参照）。また、第１溝部６１１および第２溝部６１２は、スペーサ６０の中心部を残置させるようにスペーサ６０の両側面から切り込みを入れるように設けられている。さらに、第１溝部６１１および第２溝部６１２は、スペーサ６０の中心を通過するＤ３、Ｄ４方向の中心線に関して略対称の形状を有する。一方、第１溝部６１１および第２溝部６１２は、スペーサ６０の中心部においては互いに繋がっていない。従って、スペーサ６０は、第１水平面Ｓ１の中心近傍において薄肉部（接続部）６５として残置されており、上下に分離されてはいない。薄肉部６５が僅に歪むことによってスリット部６１のうち第１溝部６１１および第２溝部６１２の鉛直方向の間隔が変化し、第１溝部６１１および第２溝部６１２は、第１水平面Ｓ１から傾斜するように変形する。

また、スリット部６１は、第１水平面Ｓ１と異なる高さ（図４のＨを参照）の第２水平面Ｓ２において第３方向Ｄ３にスペーサ６０の側面から内部に向かって設けられている第３溝部６１３と、第２水平面Ｓ２において第３方向Ｄ３とは反対の第４方向Ｄ４にスペーサ６０の側面から内部に向かって設けられている第４溝部６１４とをさらに含む。また、鉛直方向から見た第３方向Ｄ３および第４方向Ｄ４は、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２と垂直である。鉛直方向から見た第３溝部６１３および第４溝部６１４の形状は、例えば、略半円形状となる（図５を参照）。また、第３溝部６１３および第４溝部６１４は、スペーサ６０の中心部を残置させるようにスペーサ６０の両側面から切り込みを入れるように設けられている。さらに、第３溝部６１３および第４溝部６１４は、スペーサ６０の中心を通過する第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２の中心線に関して略対称の形状を有する。一方、第３溝部６１３および第４溝部６１４は、スペーサ６０の中心部においては互いに繋がっていない。従って、スペーサ６０は、第２水平面Ｓ２の中心近傍において薄肉部（接続部）６６として残置されており、上下に分離されてはいない。薄肉部６６が僅に歪むことによってスリット部６１のうち第３溝部６１３および第４溝部６１４の鉛直方向の間隔が変化し、第３溝部６１３および第４溝部６１４は、第２水平面Ｓ２から傾斜するように変形する。

尚、第３溝部６１３および第４溝部６１４は、切り込み方向（Ｄ３、Ｄ４）が第１溝部６１１および第２溝部６１２の切り込み方向（Ｄ１、Ｄ２）と略直交するが、それらの形状自体は同様でよい。従って、スペーサ６０の厚みは、スリット部６１の変形によって或る程度可変であり、チャンバ底面１１の変形を緩和させることができる。

第1～第４溝部６１１～６１４の幅や深さは、ステージ装置３０が振動しない範囲で設定される。例えば、第1～第４溝部６１１～６１４の幅や深さを大きくすると、スペーサ６０の薄肉部６５、６６の剛性が低下してステージ装置３０全体の固有振動数が下がる。この固有振動数がステージ装置３０の有する加振源の振動数と近い値になると、ステージ装置３０が発振してしまう可能性がある。従って、第１～第４溝部６１１～６１４の幅や深さは、ステージ装置３０全体の固有振動数とスペーサ６０の変形しやすさとのバランスを考慮して設定される。尚、ステージ装置３０の固有振動数は、ステージ部５０の重さにも依存する。例えば、ステージ部５０が重いほど、ステージ部５０の固有振動数は下がる。

薄肉部６５、６６の曲げ剛性は、例えば、ステージ部５０の曲げ剛性よりも低い。これにより、スペーサ６０は、チャンバ底面１１の変形を吸収するように変形する。従って、チャンバ底面１１の変形を抑制することができる。また、スペーサ６０の材料は、例えば、ステンレスでよい。

図５は、第１実施形態によるステージ部５０に対するスペーサ６０の配置の一例を示す平面図である。図５は、鉛直方向から見た図である。スペーサ６０中の実線は第１水平面Ｓ１での第１溝部６１１，第２溝部６１２の形状を示し、破線は第２水平面Ｓ２で第３溝部６１３，第４溝部６１４の形状を示している。スペーサ６０の数は、例えば、４つである。この場合、スペーサ６０は、方形のステージ部５０の４隅に設けられる。

ステージ部５０の４隅において、各スペーサ６０は、第１～第４溝部６１１～６１４の切り込み方向（Ｄ１～Ｄ４）のいずれかをステージ部５０の対角方向と略平行または略垂直にする。例えば、互いに隣接するスペーサ６０は、約０°または約９０°回転するように配置されている。また、複数のスペーサ６０は、薄肉部６５，６６において変形可能である。これにより、チャンバ底面１１が変形した場合であっても、チャンバ底面１１の変形を効率よく吸収し、ステージ部５０の変形を抑制することができる。尚、隣接するスペーサ６０の間隔は必ずしも同じでなくてよい。例えば、図５に示す例では、Ｙ軸方向のスペーサ６０の間隔は、Ｘ軸方向のスペーサ６０の間隔よりも短い。また、図５に示す中央部１２は、ステージ部５０の中央部であるが、チャンバ１０の中央部であってもよい。

もし、第１方向Ｄ１や第２方向Ｄ２がガイドレール５２ｘ、５２ｙの延伸方向（Ｘ軸やＹ軸）と平行になるように設けられると、図３のＸＹステージ５１ｘｙの動作方向がスリット部６１の切り込み方向と重複するため、ＸＹステージ５１ｘｙの動作によるスペーサ６０の剛性が大きく減少する場合がある。この場合、ステージ装置３０が発振しやすくなる可能性がある。

これに対して、第１実施形態では、図５に示すように、第１方向Ｄ１や第２方向Ｄ２がＸ軸やＹ軸に対して水平面内において傾斜しているため、ＸＹステージ５１ｘｙの動作によるスペーサ６０の剛性の低下を抑制することができる。これにより、ステージ装置３０の発振を抑制することができる。

また、複数のスペーサ６０は、薄肉部６５、６６において変形可能である。従って、各スペーサ６０の上面（第１面）または底面（第２面）は、十字方向から切り込まれた第１～第４溝部６１１～６１４により、いずれの方向にも傾くことができる。

スリット部６１が設けられない場合、スペーサ６０の上面または底面の傾斜が大きくなるほど、姿勢角誤差が大きくなり、姿勢再現性が劣化する。例えば、走行時の姿勢角誤差の要求仕様が満たされなくなる。しかし、スリット部６１が設けられている場合、スペーサ６０の上面または底面の傾斜が大きくなっても、姿勢角誤差はほとんど変化しない。これは、スペーサ６０の上面または底面が傾くようにスペーサ６０が変形して、ステージ部５０の変形が抑制されているためである。

以上のように、第１実施形態によれば、スペーサ６０は、その側面から内部に向かって設けられたスリット部６１を有している。スリット部６１は、第１水平面Ｓ１において互いに反対方向である第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２からスリット部６１の中心部へ向って切り込まれた第１溝部６１１と第２溝部６１２とを有する。これにより、スペーサ６０は、第１溝部６１１と第２溝部６１２との間に薄肉部６５を有する。また、スリット部６１は、第２水平面Ｓ２において互いに反対方向である第３方向Ｄ３、第４方向Ｄ４からスリット部６１の中心部へ向って切り込まれた第３溝部６１３と第４溝部６１４とを有する。これにより、スペーサ６０は、第３溝部６１３と第４溝部６１４との間に薄肉部６６を有する。スペーサ６０の中心部において、薄肉部６５、６６は、両方とも残置されている。これにより、スペーサ６０は、その中心部を支点として、その上面または底面を傾斜させるように変形することができる。従って、真空引きによるチャンバ１０の底面１１の変形がステージ部５０に伝播することを抑制し、ステージ部５０の姿勢再現性（走行精度）の劣化を抑制することができる。この結果、ステージ部５０の姿勢安定性の悪化を抑制し、装置立ち上げの歩留まりの悪化を抑制することができる。

尚、第３溝部６１３および第４溝部６１４は設けられていなくてもよい。図６は、第１実施形態による第３溝部６１３および第４溝部６１４を有しないスペーサ６０の配置の一例を示す平面図である。この場合、第１溝部６１１および第２溝部６１２のみがその上面または底面を傾斜させるように変形する。例えば、変形が最も大きいチャンバ１０の中央部１２の方向に対してスペーサ６０が変形するように、スペーサ６０を配置すればよい。この場合も、ステージ部５０の変形を抑制することができる。また、溝部の数が少ないため、より簡易にスペーサ６０を作製することができ、スペーサ６０の剛性の低下も抑制することができる。

（変形例）
図７は、変形例によるステージ部５０に対するスペーサ６０の配置の一例を示す平面図である。第１実施形態の変形例によれば、スペーサ６０の方向が第１実施形態と異なる。

変形例では、第３溝部６１３，第４溝部６１４が設けられる第２水平面Ｓ２は、第１溝部６１１，第２溝部６１２が設けられる第１水平面Ｓ１と接近している。第１水平面Ｓ１と第２水平面Ｓ２との間の高さの差Ｈは僅かである（図４を参照）。この場合、第１溝部６１１，第２溝部６１２と第３溝部６１３，第４溝部６１４とを区別する必要がなくなる。従って、第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、第３方向Ｄ３および第４方向Ｄ４は、複数のスペーサ６０の間で等価と考えてよい。即ち、第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、第３方向Ｄ３および第４方向Ｄ４のいずれをステージ部５０の対角方向に合わせてもよい。例えば、図７に示すように、４つのスペーサ６０は、全て同じ方向になるように配置されてもよい。この場合、第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２、または、第３方向Ｄ３および第４方向Ｄ４は、複数のスペーサ６０からチャンバ１０の中央部１２までの方向と略平行である。

図４に示すように、スペーサ６０は、例えば、チャンバ底面１１と固定するための３つの穴６３を有する。この場合、チャンバ底面１１のねじ穴の配置によって、スペーサ６０を１２０°ずつしか回転させるように配置させることができない可能性がある。従って、図５に示すように、隣接するスペーサ６０を略９０°ずつ回転させるように配置することが難しく、スペーサ６０ごとに第１～第４溝部６１１～６１４の方向を変える必要がある場合がある。これに対して、変形例では、スペーサ６０の向きを全て同じ方向にすることができるので、同じスペーサ６０を用いることができる。これにより、スペーサ６０の作製コストを抑制することができる。

また、スペーサ６０の向き（第１～第４方向Ｄ１～Ｄ４）を気にすることなく、スペーサ６０をステージ部５０に取り付けることができる。さらに、変形例によるステージ装置３０は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０チャンバ、１２中央部、３０ステージ装置、５０ステージ部、６０スペーサ、６１スリット部、６１１第１溝部、６１２第２溝部、６１３第３溝部、６１４第４溝部、Ｄ１第１方向、Ｄ２第２方向、Ｄ３第３方向、Ｄ４第４方向、Ｗマスク

Claims

真空引きされたチャンバ内に収容され、処理対象を載置するステージ部と、
前記ステージ部と前記チャンバの内壁との間に設けられ、前記ステージ部を支持する複数の支持部とを備え、
前記複数の支持部のそれぞれは、前記ステージ部に対向する第１面と、前記チャンバに対向する第２面と、前記第１面と前記第２面との間にある側面とを含み、
前記支持部は、前記支持部の前記側面から内部に向かって第１方向および該第１方向とは反対の第２方向から切り込むように設けられた第１および第２溝部を有する、ステージ装置。
前記支持部は、前記第１溝部と前記第２溝部との間に、前記支持部の中心部に残置された接続部を有し、
前記支持部は、前記接続部を支点として前記第１および第２溝部の間隔を変化させるように変形可能である、請求項１に記載のステージ装置。
前記支持部は、前記チャンバの中心部の方向に前記第１面または前記第２面が傾くように変形可能である、請求項２に記載のステージ装置。
前記支持部は、前記第１溝部および前記第２溝部とは異なる高さにおいて、前記支持部の前記側面から内部に向かって第３方向および該第３方向とは反対の第４方向から切り込むように設けられた第３および第４溝部を有し、
鉛直方向から見た前記第３方向および前記第４方向は、前記第１方向および前記第２方向と垂直である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のステージ装置。
前記第３溝部および前記第４溝部は、前記第１溝部および前記第２溝部が設けられる高さに近接した高さに設けられ、
前記第１方向、前記第２方向、前記第３方向および前記第４方向は、前記複数の支持部の間で同じである、請求項４に記載のステージ装置。