JPH10303112A

JPH10303112A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH10303112A
Application number: JP9117408A
Authority: JP
Inventors: Yukio Takabayashi; 幸夫高林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 1998-11-13
Anticipated expiration: 2017-04-22
Also published as: US6208408B1; JP3437406B2

Abstract

(57)【要約】【課題】投影露光装置における支持構造体の軽量化、
高剛性化を図る。【解決手段】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する投影露光装置において、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をセラミックス材料または
それと金属部材とが一体焼結された複合体で構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス等
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。

【０００２】

【従来技術】半導体製造等に用いられる投影露光装置
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。

【０００３】ウエハステージ１０１はベース１０１ａの
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。

【０００４】ウエハステージ１０１の位置は、フレーム
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。

【０００５】フレーム１０５およびレチクルステージ支
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。

【０００６】

【発明が解決しようする第１の課題】半導体素子製造に
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。

【０００７】またストロークが増大するためステージは
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。

【０００８】従来、支持フレームである構造体は鋳鉄が
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。

【０００９】本発明は、原版台、投影光学系および基板
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。

【００１０】

【第１の課題を解決するための手段】上記第１の目的を
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。

【００１１】

【作用】従来まで支持体に常用されてきた鋳鉄は、ヤン
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。

【００１２】

【発明が解決しようする第２および第３の課題】しかし
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。

【００１３】特に装置を運搬する際に生じる衝撃的な加
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。

【００１４】図６のハッチングで示す支持体１０５に
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。

【００１５】本発明の第２の目的は、上記に鑑み、セラ
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。

【００１６】投影露光装置の支持構造体をセラミックス
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。

【００１７】

【第２の課題を解決するための手段】上記第２の目的を
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。

【００１８】次に、破壊強度を向上させるためには、最
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。

【００１９】

【作用】本発明の第２の局面における第１の手段によれ
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。

【００２０】前記第２の手段によれば、クラックによる
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。

【００２１】本発明の第２の局面においては、上記２つ
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。

【００２２】

【第３の課題を解決するための手段】上記台３の目的を
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。

【００２３】減衰要素としては、素材の減衰能が高い樹
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。

【００２４】

【作用】上記手段によって、振動減衰比０．２％以下で
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。

【００２５】

【実施例１】本発明の実施例を図面に基づいて説明す
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。

【００２６】ウエハステージ１はベースｌａの中央部分
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。

【００２７】本実施例の中で、支持フレーム５以外に
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。

【００２８】特に破壊強度が必要な頂部５ａの内部に
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。

【００２９】本実施例における部材の接合は、単にネジ
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、液相一固相反応接合、固相接合、気相一固相接
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。

【００３０】

【実施例２】図２は本発明の第２の実施例による投影露
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。

【００３１】

【実施例３】図３は本発明の第３の実施例による投影露
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。

【００３２】本実施例では図中のハッチングした支持体
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。

【００３３】

【実施例４】図４は本発明の第４の実施例に係る投影露
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。

【００３４】

【実施例５】図５は本発明の第４の実施例に係る投影露
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。

【００３５】セラミックス支持体の表面をゴム系の塗競
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。

【００３６】

【実施例６】図６は本発明の第６の実施例に係る投影露
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。

【００３７】

【デバイス生産方法の実施例】次に上記説明した投影露
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。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。

【００３８】図１０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。

【００３９】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
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。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の局
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。

【００４１】さらに、本発明の第３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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る投影露光装置を示す
一部破断立面図である。

【図２】本発明の第２の実施例に係る投影露光装置を
示す立面図である。

【図３】本発明の第３の実施例に係る投影露光装置を
示す一部破断立面図である。

【図４】本発明の第４の実施例に係る投影露光装置を
示す一部破断立面図である。

【図５】本発明の第５の実施例に係る投影露光装置を
示す立面図である。

【図６】本発明の第６の実施例に係る投影露光装置を
示す立面図である。

【図７】図６の投影露光装置の問題点を説明する説明
図である。

【図８】従来の投影露光装置を示す概略立面図であ
る。

【図９】微小デバイスの製造の流れを示す図である。

【図１０】図９におけるウエハプロセスの詳細な流れ
を示す図である。

【符号の説明】

１：ウエハステージ、２：投影レンズ、３：レチクルス
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

【特許請求の範囲】

【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の表面に金属部材
を接合した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】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請求項２記載の投影露
光装置。
【請求項５】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または４記載の投影露光装置。
【請求項６】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１，３または
４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１〜６のいずれかに記載の
投影露光装置。
【請求項８】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１〜６のいずれかに記載の
投影露光装置。
【請求項９】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２記載の投影露光装置。
【請求項１０】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９記載の投影露
光装置。
【請求項１１】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２記載
の投影露光装置。
【請求項１２】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１〜１
１のいずれかに記載の投影露光装置。
【請求項１３】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１２記載
の投影露光装置。
【請求項１４】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１２または１３記載の投影露光装置。
【請求項１５】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１２〜
１４のいずれかに記載の投影露光装置。
【請求項１６】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１２〜１５のいずれか
に記載の投影露光装置。
【請求項１７】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１２〜１６のいず
れかに記載の投影露光装置。
【請求項１８】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
１２〜１７のいずれかに記載の投影露光装置。
【請求項１９】請求項１〜１８のいずれかに記載の投
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。