JPH1140657A - 試料保持装置および走査型露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ステージの加速減速時に慣性力でレチクルがず
れにくくするとともに、試料の表面が歪まないよう固定
保持する試料保持装置を提供する。 【解決手段】走査型スキャン露光装置のレチクルステー
ジ４上でレチクル３は試料保持装置６０で固定保持され
る。試料保持装置６０は、ステージ４との間でレチクル
３を挟持するために回動可能に軸支されたクランパ６３
を有する。クランパ６３には独立して押圧力が調節可能
な押圧装置７０ａ〜７０ｃが設けられ、各押圧装置７０
ａ〜７０ｃが個別にレチクル３の別々の箇所を挟持す
る。レチクル３にうねりや凹凸があっても、レチクル３
はレチクルステージ４上で精度よく保持固定される。ク
ランパ６３の回転軸心６２はレチクル３の表面高さにほ
ぼ一致している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体回路パター
ンや液晶素子パターンなどが形成されたレチクルやマス
ク、あるいはそのようなパターンが投影露光される感光
基板をステージ上で保持することができる試料保持装置
に関する。また本発明は、レチクルやマスクと感応基板
とを投影光学系を挟んで同期して移動する走査型露光装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえばレチクルステージとウエハステ
ージを互に逆方向に投影縮小率に応じた速度比でそれぞ
れ移動して、レチクルパターンをウエハに投影露光する
走査型投影露光装置では、各種のパターンが形成された
レチクルはレチクルステージ上に真空吸着で搭載され、
ウエハやガラス基板も基板ステージ上に真空吸着で搭載
される。たとえばレチクルステージに設けられたバキュ
ームパッド上にレチクルを載置し、コンプレッサによっ
てバキュームパッドの上部の空気を吸引してレチクルが
レチクルステージに吸着される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スルー
プットを向上させるためにステージ移動速度が高速化さ
れると、真空吸着でレチクルを保持する場合にはレチク
ルステージの慣性力でレチクルが正規の位置からずれて
しまうおそれがある。吸着力を確保するために真空吸着
の面積を広げることも考えられるが、面積を広げる余地
はあまりなく、慣性力によるずれを防止するだけの吸着
力を得ることは難しい。そして、レチクルがわずかでも
ずれると、レチクルのアライメント精度が著しく低下す
る。

【０００４】本発明は、ステージの加速減時の慣性力で
試料ずれが起きにくくするとともに、試料の表面が歪ま
ないよう試料を固定保持する試料保持装置およびその試
料保持装置を備えた走査型露光装置を提供することを目
的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】一実施の形態の図１〜４
に対応づけて本発明を説明する。（１）請求項１の発明
は、少なくとも一方向に移動可能なステージ４に載置さ
れた平面状の試料３を保持する試料保持装置６０に適用
される。そして試料３の複数の箇所をその押圧力を独立
して調節可能に、かつステージ４に対してそれぞれ個別
に挟持する複数の押圧装置７０ａ〜７０ｃを備えること
により、上記目的を達成する。 （２）請求項２の発明のように、試料３を真空吸着する
真空吸着装置を併せて備えるのが好ましい。 （３）請求項３の発明による試料保持装置６０は、回動
可能に軸支されたクランパ６３に押圧装置７０ａ〜７０
ｃを設け、クランパ６３を介してステージ４と押圧装置
７０ａ〜７０ｃとの間で試料３を挟持するようにしたも
のであり、この場合、クランパ６３の回動軸心６２を試
料３の表面高さにほぼ一致させるものである。 （４）請求項４の発明は、パターンが形成されたレチク
ル３を請求項１〜３のいずれかの試料保持装置６０によ
り固定保持するレチクルステージ４と、パターンを露光
する感応基板１０を保持する基板ステージ１３と、レチ
クル３を透過した照明光を感応基板１０に投影する投影
光学系９とを備え、レチクルステージ４と基板ステージ
１３を同期して移動しつつパターンを感応基板１０に投
影する走査型露光装置である。

【０００６】以上の課題を解決する手段の欄では実施の
形態に対応づけて本発明を説明したが、これにより本発
明が実施の形態に限定されるものではない。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１〜図４により、本発明が適用
された試料保持装置を備える走査型露光装置について説
明する。

【０００８】図１において、エキシマレーザなどのパル
ス発振型の光源１からの露光用照明光が照明光学系２を
介して均一な照度分布のパルス露光光ＩＬとしてレチク
ル３を照明する。照明光学系２は、ビーム整形光学系、
減光光学系、オプティカルインテグレータ、視野絞りお
よびコンデンサレンズなどから構成される。レチクル３
には半導体回路パターンや液晶素子パターンが形成され
ており、そのパターンを透過した透過光は投影光学系９
によりウエハ１０上に投影される。ウエハ１０の表面に
はフォトレジストが塗布されており、投影されたパター
ン像がレジスト上に露光されて潜像が形成される。

【０００９】レチクル３は、後述するレチクルホルダ３
０、３２を介してレチクルステージ４上に後述する試料
保持装置６０で固定保持され、レチクルステージ４は投
影光学系９の光軸と垂直な面内でＸＹ方向に移動する。
露光に際してレチクル３をＸ方向および−Ｘ方向に移動
して露光光ＩＬを走査する。レチクルステージ４上には
移動鏡６が固定され、レーザ干渉計７からのレーザビー
ムが移動鏡６に照射され、その反射ビームを干渉計７が
受光してレチクルステージ４のＸ方向位置座標が計測さ
れる。このＸ方向位置座標は信号Ｓ１として投影露光装
置全体を統轄する主制御系８に入力される。図示はして
いないが、レチクルステージ４のＹ方向位置座標を計測
するための移動鏡とレーザ干渉計も設けられ、このＹ方
向位置座標も主制御系８に入力される。主制御系８はレ
チクルステージ制御装置４ａによりリニアモータのよう
なステージ駆動源を制御してレチクル３の位置および移
動速度を制御する。

【００１０】ここで、レチクルステージ４上にレチクル
３を固定する試料保持装置６０について図２〜図４に基
づいて詳細に説明する。

【００１１】レチクルステージ４を上方から見た図２
（ａ）とその正面図である図２（ｂ）において、レチク
ルステージ４上にはレチクルホルダ３０，３２が対向配
置されている。レチクルホルダ３０，３２はたとえばセ
ラッミックスで形成され、その平面度は０．４μｍ以下
とされる。なお、レチクル３の平面度は通常１〜２μｍ
である。レチクルホルダ３０，３２にはその長手方向に
沿って真空ウエハ吸着用の開口３０ａ，３２ａが形成さ
れ、レチクル３はレチクルホルダ３０，３２上で真空吸
着される。さらに、レチクル３は試料保持装置６０によ
りレチクルホルダ３０，３２との間で挟持固定される。

【００１２】試料保持装置６０について説明する。な
お、試料保持装置６０は左右にそれぞれ設けられるが、
その構成は同一であり右側の試料保持装置６０について
説明する。レチクルホルダ３０，３２のＸ方向の外側に
は所定の間隔をあけて一対のブラケット６１が設置さ
れ、この一対のブラケット６１には軸６２によりクラン
パ６３のアーム６４が回転可能に軸支され、これによ
り、クランパ６３はブラケット６１に対して回転可能に
保持される。軸６２の軸心の高さ位置はレチクル３の表
面の高さとほぼ一致するようにされている。その理由は
後述する。

【００１３】クランパ６３の中央部には駆動アーム６５
が取り付けら、この駆動アーム６５はレチクルステージ
４上に設置されたギアヘッド付きのモータ６６で駆動さ
れる。図３によく示されているように、モータ６６の出
力軸６６ａにはカム板６７が設けられ、カム板６７の一
端にはカムフォロア６８が回転可能に設けられている。
このカムフォロア６８がアーム６５の下面に当接し、モ
ータ６６によりカム板６７を反時計回り方向に揺動する
ことにより、クランパ６３が軸６２を回転中心として反
時計回り方向に揺動する。アーム６５にはクランパ６３
を時計回り方向の付勢力が不図示のばねにより与えられ
ている。したがって、モータ６６によりカム板６７を時
計回り方向に揺動すると、クランパ６３はばね力により
時計回り方向に揺動し、図３に２点鎖線で示すようなレ
チクル投入姿勢となる。

【００１４】図２（ａ）に示されているように、クラン
パ６３には所定間隔で押圧装置７０ａ，７０ｂ，７０ｃ
が設けられている。いずれも同一の構成であり、図１の
IＶ−IＶ線断面を示す図４により説明する。クランパ６
３に形成されている円柱状の孔６３ａには十字形状の押
圧具７１が収容され、その先端部はクランパ６３の下面
からばね７２のばね力で突出している。孔６３ａの上部
はねじ蓋７３で閉鎖され、ねじ蓋７３の螺合位置を調節
してばね７２によるばね力を調節し、これにより、押圧
具７１によるレチクル押圧力を調節する。試料保持装置
６０はレチクル３の左右にそれぞれ配設されてレチクル
３の両辺をそれぞれ３箇所づつ固定することになる。こ
のとき、それぞれの押圧具７１の押圧力は個別にばね７
２で調節される。なお、押圧具７１によるレチクル押圧
力は、レチクルステージ４の移動速度（または加速度）
に応じて決めてもいい。例えば、レチクルステージ４の
移動速度（または加速度）が大きい場合にはレチクル押
圧力を大きくし、移動速度（または加速度）が小さい場
合にはレチクル押圧力を小さくすればいい。また、押圧
具７１の材質としては、アルミニウムやプラスチックな
どの軽い材質を用いることが好ましい。

【００１５】さらに各押圧装置７０ａ〜７０ｃには、各
ばね７２がそれぞれ所定量以上撓んだときに閉じる図示
しないリミットスイッチがそれぞれ設けられている。そ
して各リミットスイッチが全て閉じるとモータ６６の回
転を停止する不図示の制御回路が設けられている。

【００１６】図１において、レチクルステージ４の下面
には、矩形の開口５ａが開けられたレチクルブラインド
５が配設される。このレチクルブラインド５の開口５ａ
により、実質的にレチクル３上に矩形スリット状の照明
領域が設定される。

【００１７】レチクルブラインド５の下方に配設された
投影光学系９を介して、レチクル３に描かれたパターン
のうち、レチクルブラインド５の開口５ａで制限された
照明領域のパターン像がウエハ１０上に投影される。す
なわち、レチクルブラインド５の開口５ａで制限される
レチクル３上の照明領域と投影光学系９に関して共役な
領域がウエハ１０上の矩形の露光領域となる。

【００１８】ウエハ１０は、図示しないウエハホルダを
介してＺレベリングステージ１２上に保持される。Ｚレ
ベリングステージ１２は３個のＺ方向に移動自在なアク
チュエータを介してＸＹステージ１３上に載置される。
各アクチュエータの変位はそれぞれ付随するエンコーダ
によって計測される。アクチュエータには、カムをロー
タリモータで駆動してＺ方向に直線移動する方式や、積
層型圧電素子を伸縮してＺ方向に直線移動する方式など
が用いられる。エンコーダは光学式や静電容量式が用い
られる。上記レベリング用エンコーダのＺ方向変位信号
は位置検出装置１７に入力され、３支点のＺ方向の計測
値からウエハ１０のＺ方向位置、Ｘ軸回りの傾斜角、お
よびＹ軸回りの傾斜角を算出する。主制御系８はウエハ
ステージ駆動回路１６によりＺレベリング用アクチュエ
ータを制御してウエハ１０のＺ方向位置と傾斜角を制御
する。３つのＺレベリング用アクチュエータを同量変位
させればＺ方向の位置が調節でき、個別に変位させれば
Ｚレベリングステージ１２のＸ軸回りおよびＹ軸回りの
傾斜角を調整できる。

【００１９】ＸＹステージ１３はウエハ１０をＸ方向に
走査するＸステージとＹ方向に走査するＹステージとで
構成される。ＸステージおよびＹステージはエアベアリ
ングで保持され、たとえばリニアモータでＸＹ両方向に
移動するようにベース上に設けられる。

【００２０】Ｚレベリングステージ１２上にはＸ軸用の
移動鏡１４とＹ軸用の移動鏡（不図示）が固定され、ベ
ースに固定されているレーザ干渉計１５からのレーザビ
ームが移動鏡１４に照射され、その反射ビームを干渉計
１５が受光してＺレベリングステージ１２のＸ方向位置
を計測する。Ｙ方向も同様にして計測される。Ｘ方向お
よびＹ方向位置座標も主制御系８に入力される。主制御
系８はウエハステージ駆動回路１６により、リニアモー
タのようなステージ駆動源を制御してＸＹステージ１３
を駆動制御してウエハ１０の位置および移動速度を制御
する。

【００２１】たとえば投影光学系９が投影倍率β（たと
えば１／４）で倒立像を投影する場合、レチクルステー
ジ４を介してレチクル３を照明領域に対して＋Ｘ方向、
あるいは−Ｘ方向に速度ＶＲで走査するのと同期して、
Ｘステージを介してウエハ１０が−Ｘ方向、あるいは＋
Ｘ方向に速度ＶＷで走査される。ここで、ウエハ速度Ｖ
Ｗは（１／β）・ＶＲで表される。

【００２２】また、スリットスキャン露光時のレチクル
ステージ４およびウエハ側ＸＹステージ１３の移動速度
は、レチクル３上に照射されるパターン露光光ＩＬの光
量レチクルブラインド５の開口５ａおよびウエハ１０に
塗布されたフォトレジストの感度などによって決定され
る。すなわち、レチクルステージ４の移動により、レチ
クル３上のパターンがレチクルブラインド５の開口５ａ
を横切る時間内にウエハ１０上のフォトレジストが充分
感光するようにステージ速度が制御される。

【００２３】図１において、投影光学系９のＸ方向の両
側には多点フォーカス検出装置１９，２０が配設されて
いる。多点フォーカス検出装置１９，２０は、ウエハ１
０の表面の高さを計測するもので、フォーカス信号Ｓ２
が演算装置１８に供給される。演算装置１８は、先に読
み込まれたフォーカス信号Ｓ２に基づいて、次回の露光
領域内で露光される被露光領域に対して、Ｚレベリング
ステージ１２で設定すべき高さと傾き（目標高さおよび
目標傾き）を求め、これらの目標高さおよび目標傾きの
情報を主制御系８に供給する。主制御系８はこの情報に
基づいて、ステージ制御装置１６を介してＺレベリング
ステージ１２の動作を制御する。

【００２４】このような露光装置では、レチクルステー
ジ４上に設けた図２〜図４に示した試料保持装置６０で
レチクル３は機械的にレチクルステージ４上に固定保持
される。そのため、次のような作用効果を得ることがで
きる。 （１）機械的な固定保持により、レチクルステージ４の
スキャン速度が高速化しても、従来のような真空吸着方
式に比べて加減速時に慣性力によって位置がずれること
を確実に防止できる。このため、レチクルステージ４と
Ｘステージとの移動速度を大きくすることができるた
め、露光時間を短縮でき走査型露光装置のスループット
を向上することができる。 （２）クランパ６３による機械的な固定保持に加えて、
従来と同様な真空吸着でもレチクル３を固定するように
しているので、レチクル保持力をより大きくできる。こ
の場合、ローダによりレチクル３をレチクルホルダ３
０，３２に載置したらまず真空吸着でレチクル３を固定
し、しかる後にクランパ６３でレチクル３を固定する。
これにより、押圧具７１がレチクル３に接触したときに
レチクル３がずれることが防止できる。すなわち、ロー
ダでレチクル３がレチクルホルダ３０，３２上に載置さ
れる際にレチクル３の位置はラフアライメントされてい
るので、クランパ６３で固定するときにその位置がラフ
アライメントの許容範囲からずれてしまう場合には、ラ
フアライメントを再度行なう必要がある。本実施の形態
のようにレチクル３を機械的に固定する前に予め真空吸
着で固定しておくことにより、位置ずれが防止され、ラ
フアライメントの再実行が防止される。なお、真空吸着
をせずにクランパ６３だけで保持固定してもよい。

【００２５】（３）クランパ６３の回転中心をレチクル
３の表面高さとほぼ一致するようにしたので、クランパ
６３でレチクル３の表面を押圧する際に押圧具７１の先
端がレチクル３に垂直に当ってすべることがなく、位置
決め精度が向上し、また、摩擦によりごみが発生するお
それも少なくなる。

【００２６】（４）試料保持装置６０はそれぞれ図２〜
４に示したように、３つの押圧装置７０ａ〜７０ｃを有
し、各押圧具７１はそれぞればね７２でその押圧力を独
立して調節することができ、したがって、レチクル３に
うねりや凹凸がある場合でも、従来のようにレチクルの
一つの辺を一つの押圧具で押圧して固定する場合のよう
な片当りが防止できる。その結果、レチクル３は、より
平面度がよいレチクルホルダ３０，３２の平面に倣うよ
うになり、保持された状態のレチクル３の平面度は保持
されない状態での平面度よりも良好となる。またレチク
ル３に不所望な荷重が作用するおそれがなく、それによ
る歪の発生もない。さらにまた、それぞれのばね７２が
所定量以上撓むとモータ６６の駆動を停止するようにし
ているので、ばね７２のばね定数を小さくしておけば、
各押圧装置７０ａ〜７０ｃによる押圧力をほぼ一定に制
御することができる。

【００２７】以上では６つの押圧装置でレチクル３を固
定保持するようにしたが、７個以上の押圧装置で固定保
持してもよい。モータ６６でクランパ６３を揺動させた
が、エアシリンダなど他のアクチュエータで駆動しても
よいし、カムに代えてリンクなどによりアクチュエータ
の運動をクランパの揺動運動に変換してもよい。あるい
は、モータで軸６２を回転駆動してクランパ６３を揺動
してもよい。

【００２８】また以上では、レチクル３の保持装置につ
いて説明したが、ウエハの移動速度がさらに高速化する
場合には、ウエハをＺレベリングステージ上で固定保持
する装置にも本発明を適用することができる。さらに、
エキシマレーザを用いた投影露光装置について説明した
が、この発明は、ｘ線を用いた投影露光装置はもとよ
り、パターンが形成されたステンシルマスクなどに電子
ビームなどの荷電粒子線を照射し、電磁レンズや偏向器
などによりパターンを感応基板に投影露光する荷電粒子
線投影露光装置にも適用できる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、機
械的に試料をステージ上で固定保持する際に、独立して
押圧力が調節可能でかつ、個別に試料上の複数の箇所を
押圧する押圧装置を設けたので、ステージの移動速度が
大きくなっても試料は確実に固定保持され、したがっ
て、ステージが高速度で移動する走査型露光装置に対し
てとくに効果が大きい。また、試料のうねりや凹凸に影
響されずに試料をステージ上に精度よく固定保持するこ
とができる。真空吸着を併用すればさらに保持性能が向
上するし、押圧装置で保持する前に真空吸着しておけば
押圧装置で固定する時に試料が位置ずれすることもな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による露光装置の全体構
成図

【図２】（ａ）は本発明による試料保持装置の平面図、
（ｂ）はその正面図

【図３】（ａ）は試料保持装置のIII−III線方向から見
た拡大図、（ｂ）はその側面図

【図４】押圧装置を示す図２のIＶ−IＶ線断面図

【符号の説明】

３ レチクル ４ レチクルステージ ６０ 試料保持装置 ６２ 軸 ６３ クランパ ６６ モータ ６７ カム板 ７０ａ〜７０ｃ 押圧装置 ７１ 押圧具 ７２ ばね ７３ ねじ蓋

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一方向に移動可能なステージに
   載置された平面状の試料を保持する試料保持装置におい
   て、 前記試料の複数の箇所をその押圧力を独立して調節可能
   に、かつ前記ステージに対してそれぞれ個別に挟持する
   複数の押圧装置を備えることを特徴とする試料保持装
   置。
2. 【請求項２】請求項１の試料保持装置において、 前記ステージは前記試料を真空吸着する真空吸着装置を
   併せて備えることを特徴とする試料保持装置。
3. 【請求項３】請求項１の試料保持装置において、 前記押圧装置のそれぞれは、前記ステージとの間で前記
   試料を挟持するために回動可能に軸支されたクランパに
   設けられ、前記クランパの回動軸心を前記試料の表面高
   さにほぼ一致させたことを特徴とする試料保持装置。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかの試料保持装置に
   より、パターンが形成されたレチクルを固定保持するレ
   チクルステージと、 前記パターンを露光する感応基板を保持する基板ステー
   ジと、 前記レチクルを透過した照明光を前記感応基板に投影す
   る投影光学系とを備え、 前記レチクルステージと基板ステージとを同期して移動
   しつつ前記パターンを前記感応基板に投影することを特
   徴とする走査型露光装置。