(57)【要約】【課題】エンコーダ等の位置計測装置を使用した基板ステージの位置決めを行う際に、スケールの形状に依存する誤差を最小限に抑える露光装置を提供する。【解決手段】基板５を保持する基板ステージ６と、該基板ステージ６の位置を計測する光学式計測部７と、該光学式計測部７からの計測光の反射対象となるスケール８とを備える露光装置５０であって、基板ステージ６が設置された空間内を温度調節するための温調エアを供給する供給系と排気する排気系を有し、供給系は、基板ステージの走査部周辺に温調エアを供給する第１の供給系１１、排気系１４と、スケール８の設置部周辺に温調エアを供給する第２の供給系１３、排気系１５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する基板ステージと、該基板ステージの位置を計測する光学式計測部と、該光学式計測部からの計測光の反射対象となるスケールとを備える露光装置であって、
前記基板ステージが設置された空間内を温度調節するための温調エアを供給する供給系を有し、
前記供給系は、前記基板ステージの走査部周辺に前記温調エアを供給する第１の供給系と、前記スケールの設置部周辺に前記温調エアを供給する第２の供給系とを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記第１の供給系及び前記第２の供給系は、それぞれ、前記温調エアを射出する吹出部と、該吹出部から供給された前記温調エアを排気する排気部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記第１の供給系と、前記第２の供給系とから供給される温調エアの風速は、それぞれ異なることを特徴とする請求項１及び２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記第２の供給系から供給される温調エアの風速は、第１の供給系から供給される温調エアの風速よりも速いことを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
【請求項５】
前記基板ステージが設置された空間内を、前記第１の供給系と、前記第２の供給系との空間に分割する仕切部材を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記仕切部材は、取り外し可能であることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
前記仕切部材は、収納可能であることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項８】
前記第１の供給系は、前記吹出部と前記排気部とに接続されたバイパス配管を有し、
前記基板ステージが設置された空間内で作業を行う際は、前記第１の供給系は、前記バイパス配管より前記温調エアをバイパスさせ、前記第２の供給系は、前記スケールの温調を行うことを特徴とする請求項１〜７に記載の露光装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記基板を現像する工程と、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置、及びそれを用いたデバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
露光装置は、半導体素子や液晶表示素子等の製造工程であるリソグラフィ工程において、原版（レチクル）のパターンを、投影光学系を介して感光性の被処理基板（例えば、表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレート等）に転写する装置である。この露光装置としては、ステップ・アンド・リピート方式の投影型露光装置（ステッパ）や、ステップ・アンド・スキャン方式の投影型露光装置（スキャン）が多用されている。
【０００３】
近年、露光装置においては、ウエハに転写されるべきパターンの微細化に伴い、ウエハ、あるいはレチクルの位置決め精度の向上のほか、アライメント精度の更なる向上が要求されている。これに対して、アライメント光学系に影響を及ぼす原因の一つに、光学系を収納する部分、光学系を保持する部分、あるいは光学系の光路の温度変化がある。この温度変化による影響を抑える対策として、例えば、特許文献１は、露光装置を温度制御されたチャンバ内に収容し、空調系統を大型化することなく光学性能を安定に維持する露光装置を開示している。
【０００４】
このような露光装置では、レチクルを載置するレチクルステージと共に、ウエハを載置し、投影光学系に対して走査する基板ステージにおいても、位置決め精度は、１ｎｍ以下が要求される。そこで、その位置計測には、レーザ干渉計やエンコーダ等を採用する干渉計システムが用いられている。例えば、特許文献２は、常に短い距離での計測が可能なエンコーダでのステージ位置計測を行うリトグラフィー投影装置を開示している。また、干渉計システムの構成については、一つのセンサヘッドで計測対象の２自由度の平面方向を計測可能なものが存在する。更に、例えば、特許文献３は、スケールに対して平行方向と垂直方向の２自由度計測可能な干渉計を開示し、特許文献４は、３自由度以上の計測が可能な検出装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２７７４１６号公報
【特許文献２】特開２００２−１５１４０５号公報
【特許文献３】特開２００７−１７１２０６号公報
【特許文献４】特開２００６−１０６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、干渉計システムを大気中で使用した場合には、空気揺らぎから干渉計光路に誤差が生じる。特に、エンコーダにおいては、その計測対象となるスケールの存在が不可欠であるが、スケールと垂直な方向を計測可能なエンコーダや他の光学式計測手段では、スケールの熱変形等の形状誤差が、計測誤差に繋がってしまうという問題がある。これに対して、上記特許文献１〜４は、この問題についての対処法を開示していない。
【０００７】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、エンコーダ等の位置計測装置を使用した基板ステージの位置決めを行う際に、スケールの形状に依存する誤差を最小限に抑える露光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、基板を保持する基板ステージと、該基板ステージの位置を計測する光学式計測部と、該光学式計測部からの計測光の反射対象となるスケールとを備える露光装置であって、基板ステージが設置された空間内を温度調節するための温調エアを供給する供給系を有し、該供給系は、基板ステージの走査部周辺に温調エアを供給する第１の供給系と、スケールの設置部周辺に温調エアを供給する第２の供給系とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板ステージが設置された空間内を温調する温調エアの供給系を、２種類の系統とすることにより、露光処理時やメンテナンス時において、スケールの熱変形を最小限に抑え、基板ステージの位置決め精度を良好とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る露光装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る露光装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る露光装置の構成を示す概略図である。露光装置５０は、照明光学系１と、レチクル（原版）２を保持するレチクルステージ３と、投影光学系４と、ウエハ（基板）５を保持する基板ステージ６とを備える。なお、本実施形態における露光装置５０は、ステップ・アンド・リピート方式、又はステップ・アンド・スキャン方式を採用し、レチクル２に形成された回路パターンをウエハ５に露光する走査型投影露光装置である。また、以下の図において、投影光学系の光軸に平行にＺ軸を取り、該Ｚ軸に垂直な平面内で走査露光時のレチクル及びウエハの走査方向にＹ軸を取り、該Ｙ軸に直交する非走査方向にＸ軸を取って説明する。
【００１３】
照明光学系１は、不図示の光源部を備え、転写用の回路パターンが形成されたレチクル２を照明する装置である。光源部において、光源は、例えば、レーザを使用する。使用可能なレーザは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長約１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザ等である。なお、レーザの種類は、エキシマレーザに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザを使用しても良いし、レーザの個数も限定されない。また、光源部にレーザが使用される場合、レーザ光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザをインコヒーレント化するインコヒーレント光学系を使用することが好ましい。更に、光源部に使用可能な光源は、レーザに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプ等のランプも使用可能である。
【００１４】
また、照明光学系１は、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、及び絞り等を備える。一般に、光学系は、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する。照明光学系１は、軸上光、軸外光を問わず使用可能である。ライトインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ板を重ねることによって構成されるインテグレーター等を含む。なお、ライトインテグレーターは、光学ロッドや回折要素に置換される場合もある。また、開口絞りは、円形絞り、変形照明用の輪帯照明絞り、及び４重極照明絞り等として構成される。
【００１５】
レチクル２は、例えば、石英ガラス製の原版であり、転写されるべき回路パターンが形成されている。また、レチクルステージ３は、一定方向（ＸＹ方向）に移動可能なステージであって、レチクル２を載置、及び保持する装置である。
【００１６】
投影光学系４は、照明光学系１からの露光光で照明されたレチクル２上のパターンを所定倍率（例えば、１／４、若しくは１／５）でウエハ５上に投影露光する。投影光学系４としては、複数の光学要素のみから構成される光学系や、複数の光学要素と少なくとも一枚の凹面鏡とから構成される光学系（カタディオプトリック光学系）が採用可能である。若しくは、投影光学系４として、複数の光学要素と少なくとも一枚のキノフォーム等の回折光学要素とから構成される光学系や、全ミラー型の光学系等も採用可能である。
【００１７】
ウエハ５は、表面上にレジスト（感光剤）が塗布されたシリコン製の被処理体である。基板ステージ６は、一定方向（ＸＹＺ方向）に移動可能なステージであって、ウエハ５を載置、及び保持する装置である。
【００１８】
本実施形態の露光装置５０において、レチクル２から発せられた回折光は、投影光学系４を通過し、ウエハ５上に投影される。レチクル２とウエハ５とは、共役の関係にある。走査型の投影露光装置の場合は、レチクル２とウエハ５とを走査することにより、レチクル２のパターンをウエハ５上に転写する。なお、ステッパ（ステップ・アンド・リピート方式の露光装置）の場合は、レチクル２とウエハ５とを静止させた状態で露光を行う。
【００１９】
次に、本発明の特徴である基板ステージ６の周辺構成について説明する。まず、露光装置５０は、基板ステージ６の周辺に、露光処理を実施する前にウエハ５が常に所定の位置となるように位置決めするための位置計測装置を有する。該位置計測装置は、基板ステージ６の上部側面の複数の位置（例えば、３箇所）に設置される光学式計測部７と、該光学式計測部７から投射される計測光の反射対象となる、ＸＹ平面で吊設されたスケール８とを備える。
【００２０】
光学式計測部７は、投影光学系４の光軸に直交するＸＹ平面内で、定盤９に設置されたスケール８に計測光を投射し、続いて、スケール８から反射された計測光を受光し、計測信号を不図示の位置検知回路に対して出力する。該位置検知回路は、計測信号に基づいてウエハ５の相対位置を検出し、検出結果を基板ステージ６の不図示の制御系に送信する。該制御系は、検出結果に基づいて、基板ステージ６の位置決めを制御する。なお、光学式計測部７は、ＸＹＺの３方向について計測可能な構成を有する。
【００２１】
スケール８は、内部に貫設、若しくは側面に着接された液冷配管８ａを有する。該液冷配管８ａ内を循環する液体は、不図示の温度調整部、及び温度制御部により、温度を一定に保持し、若しくはスケール８の温度が一定になるように温度を制御することにより、熱変形を最小限に抑えている。
【００２２】
また、露光装置５０は、不図示であるが、上記主要構成要素を収容する温度調節されたチャンバを備える。該チャンバ内の温度は、一般に、露光装置５０が設置されるクリーンルームよりも高精度に制御される。例えば、クリーンルームの温度が±２〜３℃の範囲で制御されるのに対し、チャンバ内の温度は、±０．１℃の範囲に保持される。特に、精密な計測が必要となる光学式計測部７を設置する基板ステージ空間では、所望の温度に調整された温調エアを不図示のエア供給部から供給することにより、基板ステージ空間の温度を２３±０．０１℃に保持することが理想である。
【００２３】
これに対して、本発明は、内部の温度調節を実施するために基板ステージ空間に供給する温調エアを、第１の供給系と、第２の供給系の２種類の供給系から供給することを特徴としている。第１の供給系は、エア供給部から延設された供給配管１０と、該供給配管１０から供給された温調エアを効率良く射出するための吹出部１１とを備える。第１の供給系は、基板ステージ６全体に向けて温調エアを射出するものであり、主に基板ステージ６の走査部周辺の温調を担当する供給系である。この場合、吹出部１１からの温調エアの風速は、約０．５ｍ/ｓとする。一方、第２の供給系は、エア供給部から延設された供給配管１２と、該供給配管１２から供給された温調エアを効率良く射出するための吹出部１３とを備える。第２の供給系は、位置計測装置全体に向けて温調エアを射出するものであり、主にスケール８の設置部周辺の温調を担当する供給系である。この場合、吹出部１３からの温調エアの風速は、約３ｍ/ｓとする。
【００２４】
また、吹出部１１及び吹出部１３に対向するチャンバ側面部には、それぞれの吹出部に対応した排気部１４、１５が設置される。該排気部１４、１５は、供給後の温調エアを回収し、効率的なエアの流れを作り、基板ステージ空間内に空気の淀みが発生することを防止するものである。また、排気部１４、１５は、それぞれ別系統の排気配管１６、１７に接続される。
【００２５】
次に、２種類のエア供給系による作用、効果について説明する。本発明では、まず、第１の供給系と第２の供給系とから温調エアを供給することで、基板ステージ空間全域の温度を、温調エアの温度とほぼ同一に制御する。これにより、温度勾配に起因する光学式計測部７から照射される計測光の光路上の空気の温度揺らぎ（屈折率の変動）による計測誤差を抑えることができる。特に、位置計測装置付近には、第２の供給系より、第１の供給系から供給される温調エアの風速よりも速い風速の温調エアが供給されるので、スケール８を更に効率良く冷却することが可能であり、上記空気の温度揺らぎを更に抑えることができる。
【００２６】
また、基板ステージ６のメンテナンス等、基板ステージ空間内で作業を行う場合、第２の供給系のみ給排気を行い、第１の供給系を停止し、吹出部１１と排気部１４とを移動させることにより、スケール８の温度調節を維持したまま作業を行うことができる。これにより、スケール８の温度変形を最小に抑え、作業終了後の所定の露光精度までの復旧時間を短縮させることが可能となる。
【００２７】
また、上記配管構成に加え、吹出部１１に接続された供給配管１０と、排気部１４に接続された排気配管１６は、バイパス配管１８で接続されている。更に、供給配管１０、及び排気配管１６は、それぞれ調整バルブ１９を備え、また、バイパス配管１８は、調整バルブ２０を備える。バイパス配管１８は、主に、第１の供給系から供給する温調エアの流量を適宜確保するために、エア供給部からの余分な温調エアを逃がす役割を担う。更に、上記のように、基板ステージ空間内で作業を行う場合、調整バルブ１９を閉じ、調整バルブ２０を開けることにより、第１の供給系の給排気を停止させることができる。
【００２８】
また、一般に、基板ステージ空間では、エアを循環させ、不図示のケミカルフィルタ等により化学物質を除去したり、不図示のＵＬＰＡフィルタにより微小物質を除去したりする清浄化を実施している。このとき、排気部１４の位置を移動させると、排気部１４は、クリーンルーム内のエアを吸い込み、ケミカルフィルタ、及びＵＬＰＡフィルタの寿命が短くなる。これに対し、本発明では、温調エアを、バイパス配管１８を介して供給配管１０から排気配管１６にバイパスさせることにより、温調エアを循環させたまま作業を行うことができるので、ケミカルフィルタ、及びＵＬＰＡフィルタの寿命を延ばすことが可能となる。
【００２９】
以上のように、本発明では、基板ステージ空間に供給する温調エアを、第１の供給系と、第２の供給系の２種類の供給系統から供給する構成としている。これにより、位置計測装置周辺を効率良く温度調節することができ、スケール８の熱変形等の形状誤差に起因する計測誤差を最小とすることができる。例えば、本発明によれば、基板ステージ６の位置決め精度を、１ｎｍ以下とすることが可能である。更に、基板ステージ空間のメンテナンス作業を効率良く実施できるので、メンテナンス作業終了後の所定の露光精度までの復旧時間を短縮させることが可能となる。
【００３０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る露光装置について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る露光装置の構成を示す概略図である。なお、図２において、図１と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態の露光装置６０の特徴は、第１の供給系と第２の供給系との間に、基板ステージ空間を分割する仕切部材２１を備える点にある。
【００３１】
仕切部材２１は、基板ステージ６のメンテナンス等の作業を行う際に使用する、板材、若しくは膜である。仕切部材２１は、基板ステージ空間を、基板ステージ６の走査部周辺における温調エアの第１の循環空間２２と、スケール８周辺における温調エアの第２の循環空間２３とに分割するように、ＸＹ平面内に配置される。なお、仕切部材２１は、作業時のみ設置するように、取り外し可能な構造でも良い。若しくは、仕切部材２１は、スライド構造、又はビニールや樹脂のシート形状にして巻き取る構造として、露光処理時には、吹出部１１と吹出部１３の間に収納可能なように備え付ける構造としてもよい。
【００３２】
これにより、第１の循環空間２２にて作業を行う場合、第２の供給系により第２の循環空間２３の温度を一定に保持することができるので、スケール８の温度変形を最小に抑えつつ、作業終了後の所定の露光精度までの復旧時間を短縮させることが可能である。また、第１の循環空間２２内で作業を行う際、スケール８への接触により、スケール８の損傷を防止することも可能である。
【００３３】
（デバイスの製造方法）
次に、上記露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド等のデバイスは、レジストが塗布された基板を、上記露光装置を用いて露光する工程と、露光された前記基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることによって製造される。該周知の工程は、例えば、酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、及びパッケージング等の少なくとも１つの工程を含む。
【００３４】
本発明は、上記実施形態に限定するものでなく、本発明の目的が達成される範囲において、各構成が代替的に置換されても良い。例えば、上記実施形態では、基板ステージ空間の温調機構として単独で使用するものとして記載したが、通常使用されている温調機構と、本発明の温調機構とを併用するものであってもよい。
【符号の説明】
【００３５】
５    基板
６    基板ステージ
７    光学式計測部
８    スケール
１１  吹出部
１３  吹出部
１４  排気部
１５  排気部
１８  バイパス配管
２１  仕切部材
【図１】
2010245144.tif 000003
【図２】
2010245144.tif 000004