JPH07321019A - ステージ装置、並びにこれを有する走査型露光装置やデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 走査露光装置に適したステージを提供する。 【構成】 Ｘ線ワーキングマスク基板や半導体ウエハな
どの被露光基板を所定方向に移動させる第１の駆動手段
と、移動方向に剛性を有しかつ移動方向を法線とする面
内に自由度を有する案内手段と、該自由度を有する面内
方向のうち、異なる複数の方向に対応して前記物体を移
動させる第２の駆動手段とを有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は走査型露光装置に好適な
ステージ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】メモリをはじめとする半導体デバイスを
製造するための露光装置は、高集積度のチップの製造に
対応するために、転写領域の拡大と解像力の向上を要求
される。現在、半導体製造上で最も線幅寸法が小さいパ
ターンを露光する工程に利用されているのは、紫外線を
用いた縮小投影露光装置である。この装置は、レチクル
パターンを１／５に縮小してワーキングマスク基板上に
転写し、１枚のワーキングマスク基板上を縦横にステッ
プ移動して複数のショット領域に転写を行う、いわゆる
ステップ＆リピート方式の露光装置である。

【０００３】一般的に１ショットの転写領域には複数の
チップが含まれるので、投影光学系によって定まる露光
領域は、２チップ分の矩形領域に外接する円よりも大き
い。従って、より大きなチップサイズに対応するために
は、より大きな投影光学系が必要になる。２５６Ｍｂｉ
ｔＤＲＡＭの世代の半導体集積回路を製造するために
は、投影光学系の硝材の大きさが問題となる。

【０００４】これを解決するために、スリット形状の露
光領域を走査移動させることによって実質的に転写領域
を拡大する方式、走査露光方式が提案されている。この
方式では、ステップ＆リピート方式に比べて、同一の大
きさの結像領域を有する投影光学系を用いた場合に、走
査方向には実質的にサイズ制限がなく、走査方向に直角
な方向には概ね１．４倍の転写領域を確保することがで
きる。従って、同じ大きさの転写領域に対して、より小
さい投影光学系で露光装置が構成できる。

【０００５】通常、露光装置のウエハステージは、投影
光学系の結像面に対してウエハを６軸方向に位置合わせ
する機能を有している。これは露光光軸方向をｚ，露光
面内の方向をｘ，ｙとすると、フォーカス方向を位置合
わせするｚ−ωｘ−ωｙステージと、転写するパターン
の方向を位置決めするｘ−ｙーωｚステージからなる。
従来のステップ＆リピート方式の露光装置に用いられる
ステージでは、１ショットの露光領域の形状が正方形に
なることを前提にしているため（投影光学系は通常円形
の露光領域を有しており、これに内接する最大面積の矩
形は正方形である）、ｘ方向、ｙ方向はそれぞれ正方形
の各辺に対応させており、それぞれの方向に対して位置
決めの駆動系として同様な方式のものを用いている。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】ところが、ステッ
プ＆リピート方式と違って、走査露光方法では露光領域
の形状がスリット状であり、走査方向の寸法はこれに直
角の方向の寸法よりも小さい。フォーカス方向の位置合
わせに対する要求は、露光領域内で同様であるから、走
査方向軸回りの傾きを調整する機構に要求される性能
と、走査方向に対して直角の方向軸回りの傾きを調整す
る機構に要求される性能とが異なる。

【０００７】また、露光面内の位置決めに関しても、走
査方向は等速度の移動であり、これに直角の方向は、ス
テップ移動および走査移動の直進性が要求される移動で
ある。つまり、方向によって移動の仕方が異なってお
り、それぞれで要求される性能が異なる。

【０００８】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、方向によって要求性能が異なることを利用した、
走査露光装置に好適なステージ装置を提供することを目
的とする。更にはこのステージ装置を有する走査型露光
装置や、デバイス製造方法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】上記課題を解決する本発
明のステージ装置は、物体を所定方向に移動させる第１
の駆動手段と、移動方向に剛性を有しかつ移動方向を法
線とする面内に自由度を有する案内手段と、該自由度を
有する面内方向のうち、異なる複数の方向に対応して前
記物体を移動させる第２の駆動手段とを有することを特
徴とするものである。

【００１０】また、本発明の走査型露光装置は、基板を
搭載する上記構成のステージ装置と、該ステージ装置に
よって基板を移動走査しながら基板に露光を行う手段と
を有することを特徴とするものである。

【００１１】ここで、前記ステージ装置を搭載する別の
ステージ装置を有し、該別のステージ装置によって前記
走査方向に対して交差する方向にステップ移動すること
が好ましい。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。本実施例の走査型露光装置は、Ｘ線ワ
ーキングマスクを作成するためのものであり、ＤＵＶ光
源を用いて原版であるレチクルに描かれたパターンを、
被露光基板であるＸ線ワーキングマスク基板上に縮小投
影し、投影面内でレチクルとワーキングマスク基板とを
互いに同期させて走査移動させることにより、レチクル
のパターンの全体をワーキングマスク基板上に転写す
る。

【００１３】図１は本実施例の露光装置の要部断面図で
あり、同図において、１１は原版となるレチクルで、転
写しようとするパターン（作成するＸ線ワーキングマス
クのマスクパターン）が描かれている。１２はレチクル
が搭載されているレチクルチャックである。レチクルは
レチクルステージによって走査移動する。レチクルステ
ージは、レチクルを走査移動させるための駆動手段およ
び案内手段、レチクルの走査方向の位置および走査面内
の姿勢を計測するための計測手段などから構成されてい
る。具体的には、レチクルステージの駆動手段はリニア
モータ２１１及び２１２が用いられる。また、レチクル
ステージの案内手段はエアベアリングを用いており、ス
テージの可動部に固定された複数のエアパッド２２４、
２２５、２２６、２２７と、エアパッドを支えるガイド
部材２２２、２２３より構成されている。ガイド部材２
２２、２２３はフレーム３に保持されている。

【００１４】レチクルの位置および姿勢の計測手段とし
てはレーザ測長器を用いており、２３１、２３２はレチ
クルステージの可動部に固定された測長用のコーナーキ
ューブミラーである。各コーナーキューブミラー２３
１、２３２は、露光領域の中心に対して対称位置に配置
されており、それぞれの位置でレチクルの走査方向の位
置と姿勢を計測する。

【００１５】４１は不図示の光源からの遠紫外光によっ
てレチクルを照明するための照明光学系、４２はレチク
ルのパターンをワーキングマスク基板上に投影するため
の投影光学系である。Ｘ線マスクに要求される最小パタ
ーン線幅寸法は、例えば０．２５μｍ以下となるので、
解像力の要求から、例えば光源としてＫｒＦエキシマレ
ーザが用いられ、投影光学系のＮＡは０．６以上であ
る。露光領域は細長いスリット状の矩形であり、走査方
向には小さくこれと直角な方向には大きい寸法を持つ。
投影光学系４２はこの露光領域に相当するレチクルのパ
ターンの一部を０．２５倍に縮小し、感光剤が塗布され
たワーキングマスク基板５１上に結像させる。

【００１６】ワーキングマスク基板を投影面内で移動さ
せるためのステージは、走査方向（ｘ方向）に十分なス
トロークを有する走査ステージと、走査方向に対して直
角な方向（ｙ方向）と、光軸方向（ｚ方向）と、投影面
に対してワーキングマスク基板面を傾かせる方向（ω
ｘ、ωｙ）と、に小さなストロークを有する微動ステー
ジとで構成される。

【００１７】ワーキングマスク基板用のステージの位置
および姿勢はレーザ測長器によって計測される。６１
１、６１２は測長用のコーナーキューブミラーである。
６１３は高い平面度の反射面を有する平面ミラーであ
り、ワーキングマスク基板を走査露光するためのストロ
ークに対して十分な長さを有している。６１３は反射面
がワーキングマスク基板の走査方向と平行になるように
配置されている。６２１、６２２、６２３は干渉計であ
り、フレーム３に固定されている。不図示のレーザ光源
から測長用の干渉計及びミラーにレーザ光が供給され
る。各コーナーキューブミラー６１１、６１２は、露光
領域の中心に対して対称の位置に配置されており、それ
ぞれの位置でワーキングマスク基板の走査方向の位置を
計測するようになっている。６１３によって走査方向に
対して直角の方向の位置を計測できるようになってい
る。

【００１８】６３１、６３２は投影光学系４２の鏡筒に
対して固定された測距センサで、投影面に対するワーキ
ングマスク基板５１の表面の面位置を計測する。計測す
る位置は露光領域内ではなく、走査方向で露光領域より
も前の位置である。また、スリット形状の露光領域の両
端近傍に相当する位置に配置されている。走査露光中は
この点で予めワーキングマスク基板の高さを計測してお
き、計測点が露光領域に入った時にワーキングマスク基
板の表面が結像面と一致するように、微動ステージ機構
７１によってｚ−ωｘ方向を制御する。

【００１９】図２はこの微動ステージ機構のωｙステー
ジを示した図である。５２はワーキングマスク基板５１
を保持するワーキングマスクチャックである。７１２は
ωｙ方向の案内となる複数の板バネであり、ワーキング
マスク基板チャックの両側にある板バネ部材７１３、７
１４から切り出されて構成されている。７１４はωｙ方
向を駆動するピエゾ素子である。

【００２０】図３は微動ステージ機構のｙ−ｚ−ωｘス
テージおよび走査ステージ（ｘステージ）を示した図で
ある。同図の（Ａ）はｙ−ｚ−ωｘステージの可動部分
を抜き出して示している。図中、６１１、６１２は走査
方向の位置および姿勢を計測するためのコーナーキュー
ブミラーであり、６１３は走査方向に対して直角の方向
を計測するための平面ミラーである。６５１、６５２は
ωｙステージの固定側に取り付けられたｚ−ωｘ方向駆
動用のリニアモータの磁石であり、微動ステージフレー
ム７１に取り付けられたコイル６５３、６５４から駆動
力を与えられる。６５３、６５４に流す電流をそれぞれ
個別に制御することによって、ｚ方向と、ωｘ方向とに
移動させることができる。６５５はωｙステージの固定
側に取り付けられたｙ方向駆動用のリニアモータの磁石
であり、反対側にも取り付けられている。その反対側の
磁石に対して駆動力を与えるのが、リニアモータのコイ
ル６５６である。このコイルは反対側にも取り付けられ
ている。６５６および不図示の反対側のコイルの電流は
同一の制御がなされ、図３（Ａ）に示される可動部全体
をｙ方向に移動させる。６６１、６６２はｙ−ｚ−ωｘ
の可動部全体の重量を支えるバランサーのパッドであ
る。バランサーは反対側の不図示の２つを含めて４つの
エアベアリングで構成される。これらのエアベアリング
はｚ方向の剛性が不要なのでｚ方向の可動範囲に対して
十分に余裕のある隙間を有している。７１５、７１６、
７１７はエアベアリングのパッドであり、ωｙステージ
の固定側に取り付けられている。このエアベアリングは
反対面にも３つ取り付けられている。

【００２１】図３（Ｂ）は、微動ステージ機構の固定部
分を示している。同図において、７１８、７１９は微動
ステージフレーム７１の一部であり、ｙ−ｚ−ωｘステ
ージの案内となるエアベアリングの案内部材となってい
る。各案内部材７１８、７１９はそれぞれ対面する２つ
の面を有しており、それぞれの面に対応して３つずつパ
ッドがある。これらによって構成されるエアベアリング
は走査方向（ｘ方向）および露光光軸回りの回転方向
（ωｚ方向）、走査方向に対して直角の方向回りの回転
方向（ωｙ方向）には十分な剛性を有しており、後述す
る走査ステージの駆動力を伝えることができる。以上の
構成によって、ｙ−ｚ−ωｘステージの可動部は固定部
に対して非接触が保たれている。

【００２２】微動ステージフレーム７１は、走査ステー
ジによって露光装置のフレーム３に対してｘ方向及びω
ｚ方向に駆動される。７３１、７３２、７３３は微動ス
テージフレーム７１に固定されたエアベアリングのパッ
ドである。７３７、７３８は走査ステージのｙ方向の案
内となるエアベアリングの案内部材である。７３９、７
４０はｚ方向の案内となる案内部材であり、ステージ定
盤上に固定されている。パッド７３２、７３３の反対側
にはさらに２つのパッド（不図示）がそれぞれ案内部材
７３９、７４０に対面して配置されている。パッド７３
１の反対側には不図示のもう１つのパッドが取り付けら
れており、この２つのパッドと案内部材７３７、７３８
による案内手段はｙ方向には大きな剛性を有している
が、ωｚ方向の剛性は小さくなっており、適当な駆動力
を与えることによって、微動ステージフレームがωｚ方
向に可動なように構成されている。走査ステージは走査
方向軸に対して対称の位置に２つの電磁駆動手段を有し
ている。７４１、７４２は微動ステージフレームに固定
された磁石であり、７４３は案内部材に対して固定され
たコイルである。これと反対側にコイル７４４がある
（図１）。２つのコイル７４３、７４４の電流を個別に
制御することによって、走査方向および露光光軸回りの
回転方向、すなわちｘ方向と、ωｚ方向とに微動ステー
ジフレームを駆動することができる。

【００２３】次に、以上説明した構成の走査型露光装置
の動作について説明する。

【００２４】従来のステップ＆リピート方式の露光装置
では、投影光学系の結像面と被露光基板の表面とを一致
させるために、チルトステージはωｘ方向とωｙ方向と
にほぼ同等の性能で傾けることができる必要があった
が、本実施例の走査型露光装置においては、走査方向の
露光領域寸法が小さい場合は、走査方向の被露光基板の
傾きによる影響が少ないので、必ずしも同等の性能が要
求されるわけではない。これを利用して、投影光学系の
結像面とワーキングマスク基板の表面との位置合わせを
次のような方法で行う。

【００２５】まず露光を行う前に、走査ステージを用い
てワーキングマスク基板５１を走査して、測距センサ６
３１、６３２によって、転写領域におけるワーキングマ
スク基板の表面のｚ方向位置を計測する。この計測値か
ら結像面とワーキングマスク基板表面との距離を各位置
において求める。この結果の一例を図４に示す。図４に
おいて横軸はワーキングマスク基板の走査方向の位置、
縦軸はワーキングマスク基板表面と結像面との距離であ
り、ａはセンサ６３１の位置で計測された結果から得ら
れるデータを示し、ｂはセンサ６３２の位置で計測され
た結果から得られるデータを示す。また、Ｌはほぼ走査
方向の転写領域寸法であり、測定データａ１とａ２、ｂ
１とｂ２を得る２ヶ所間の距離である。

【００２６】次に４カ所のデータａ１、ａ２、ｂ１，ｂ
２を用いて、ワーキングマスク基板の走査方向に対する
傾きωｙ₀を次の式から計算する。

【００２７】 ωｙ₀＝（ａ１＋ｂ１−ａ２−ｂ２）／２Ｌ

【００２８】そしてこの計算結果を用いて、露光前に予
めωｙ₀が０になるように、図３（Ａ）に示したωｙス
テージを駆動する。

【００２９】走査露光中は、少なくとも露光領域の走査
方向に直角の方向の両端で、ワーキングマスク基板表面
と投影光学系の結像面とが一致するように、ｚ方向及び
ωｘ方向を制御する。この際、制御するのに必要な投影
光学系の結像面とワーキングマスク基板の表面との距離
は、先の図４のような露光前の計測データを用いても良
いし、走査露光中に得られる測距センサの計測出力を用
いても良い。

【００３０】図５はワーキングマスク基板の微動ステー
ジ機構の別の構成例である。このステージの構成では、
ｙ−ｚ−ωｘステージの案内が８つの鍵型のヒンジ機構
によって構成されている。１つの鍵型ヒンジ機構には３
つの弾性ヒンジ８０１、８０２、８０３があり、この弾
性ヒンジ部は鍵型を曲げる方向に対してのみ剛性が小さ
くなるようになっている。ｙ方向、ｚ方向、ωｘ方向は
図３と同様の電磁駆動手段によって駆動される。

【００３１】以上説明したように、基板ステージは走査
移動中、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向、ωｘ方向だけを制御
する。これらの方向は制御性に優れた電磁駆動手段と、
エアベアリングとからなる駆動系で構成されるので良質
の転写像を得ることができる。また、被露光面を結像面
に一致させるフォーカシングの駆動系がωｘ方向とωｙ
方向とに個別に設けられているので、従来のチルトステ
ージに比べて駆動範囲を大きくすることができる。これ
により、低コストで高精度のＸ線ワーキングマスクが得
られる。

【００３２】＜他の実施例＞図６は半導体チップ製造に
適した走査型露光装置の実施例を示す図である。本実施
例では、微動ステージ機構と走査ステージとステップス
テージとによって構成される。

【００３３】同図において、９０１〜９０５は先の図３
に示したものと同様な基本構成の、微動ステージ機構と
走査ステージである。但し、保持する被露光基板はワー
キングマスク基板ではなく、半導体ウエハである。これ
に対応して各部の寸法も図３のそれとは異なっている。
また、位置計測用の干渉計の測長ミラー９００は、両方
向とも平面ミラーである。微動ステージ機構の微動ステ
ージフレームはリニアモータ９０２、９０３、案内手段
９０４、９０５他からなる走査ステージによって走査ス
テージフレーム９０６に対してｘ方向及びωｚ方向に駆
動される。

【００３４】走査ステージはステップステージによって
走査方向と直角の方向にステップ移動される。ステップ
ステージは、クロスローラーガイドの案内と直動変換機
構とを備えた電磁駆動手段とによって構成され、走査ス
テージに比べると低コストで提供できる。９１１、９１
２はステップステージの案内となるクロスローラーガイ
ドであり、ステージ定盤９２０に対して走査ステージフ
レーム９０６はｙ方向だけに可動になっている。９１３
はステップステージをｙ方向にステップ移動させる駆動
手段であり、ネジ９１４とボールナットとモータ９１５
とによって構成される直進駆動機構である。ステージ定
盤９２０は露光装置のフレームに固定されている。

【００３５】ウエハ上に複数回の走査露光による転写を
行う場合には、走査露光を行う前に所定の転写領域に移
動するためのステップ移動を行うが、ｘ方向にステップ
移動を行う際は走査ステージによって行い、ｙ方向にス
テップ移動を行う際はステップステージによって行うこ
とを特徴とする。ネジとボールナットによる直動機構の
位置決め精度では、１０ｎｍオーダーの位置合わせ精度
を要求される露光装置に対応するのは困難であるが、本
実施例のステージ装置では、ステップステージの位置決
め精度は、露光装置の位置合わせに必要な精度に対応す
る必要はない。ステップ移動の際のステップステージの
停止位置は、その停止位置と目標位置との距離が、微動
ステージ機構のｙ−ｚ−ωｘステージのｙ方向の駆動範
囲内になっていればよい。走査移動による露光の際は走
査ステージと微動ステージによって位置制御が行われ、
その間ステップステージは停止している。

【００３６】このように本実施例によれば、走査移動方
向とこれと直角な方向とで、ステージの構成を異ならせ
ることによって、装置コストを抑えている。

【００３７】＜デバイス製造方法の実施例＞次に上記説
明した露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施例
を説明する。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、これが出荷（ステップ７）される。

【００３８】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が形成される。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
デバイスを製造することができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明のステージ装置によれば、結像面
と被露光面とを走査中に精度良く効率的に一致させるこ
とができる。このステージ装置を走査露光装置に使用す
れば、高性能な露光装置を提供でき、高集積度なデバイ
スを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】走査型露光装置の実施例を示す図である。

【図２】ワーキングマスク基板ステージのωｙステージ
を示す図である。

【図３】走査型露光装置のワーキングマスク基板ステー
ジを示す図である。

【図４】測距センサの出力を示すグラフ図である。

【図５】微動ステージ機構の別の構成例を示す図であ
る。

【図６】走査型露光装置の他の実施例の構成を示す図で
ある。

【図７】デバイス製造のフローを示す図である。

【図８】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】

３ 露光装置フレーム １１ レチクル １２ レチクルチャック ４１ 照明光学系 ４２ 投影光学系 ５１ ワーキングマスク基板 ５２ ワーキングマスクチャック ７１ 微動ステージフレーム ２１１ ２１２ リニアモータ ２２２ ２２３ ガイド部材 ２３１ ２３２ コーナーキューブミラー ６３１ ６３２ 測距センサ ６５１ ６５２ リニアモータ ７１５ ７１６ ７１７ エアベアリングパッド ７１８ ７１９ 案内部材 ７３１ ７３２ ７３３ エアベアリングパッド ７３７ ７３８ ７３９ ７４０ 案内部材 ７４１ ７４２ 磁石 ７４３ コイル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体を所定方向に移動させる第１の駆動
   手段と、 移動方向に剛性を有しかつ移動方向を法線とする面内に
   自由度を有する案内手段と、 該自由度を有する面内方向のうち、異なる複数の方向に
   対応して前記物体を移動させる第２の駆動手段と、 を有することを特徴とするステージ装置。
2. 【請求項２】 基板を搭載する請求項１記載のステージ
   装置と、 該ステージ装置によって基板を移動走査しながら基板に
   露光を行う手段と、を有することを特徴とする走査型露
   光装置。
3. 【請求項３】 前記ステージ装置を搭載する別のステー
   ジ装置を有し、該別のステージ装置によって前記走査方
   向に対して交差する方向にステップ移動することを特徴
   とする請求項２記載の走査露光装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載の走査型露光装置によって
   Ｘ線ワーキングマスクを作成することを特徴とするデバ
   イス製造方法。
5. 【請求項５】 請求項２又は３記載の走査型露光装置に
   よって半導体チップを作成することを特徴とするデバイ
   ス製造方法。