(57)【要約】【課題】ＥＵＶ露光装置において、ステージ駆動用の電磁力モータのコイルが自身で発生した熱により加熱損傷してしまうのを防止する。【解決手段】マスク１ａのパターンをウエハ１ｂに真空雰囲気内で露光するＥＵＶ露光装置において、マスクステージとウエハステージの少なくとも一方を駆動する真空雰囲気内の電磁力モータ３と、電磁力モータの発熱による電磁力モータの過熱破損を防止するために電磁力モータを冷却する冷却手段４を設ける。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原板ステージ上の原板のパターンを基板ステージ上の基板に真空雰囲気内で露光するＥＵＶ露光装置において、前記原板ステージと前記基板ステージの少なくとも一方を駆動する真空雰囲気内の電磁力モータと、前記電磁力モータの発熱による前記電磁力モータの過熱破損を防止するために前記電磁力モータを冷却する冷却手段を有することを特徴とするＥＵＶ露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原板としてのマスク上のパターンを基板としての半導体ウエハ上に真空雰囲気中で投影露光するＥＵＶ露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造では、原版であるマスクを介して被転写体である基板上に光（可視光または紫外線）やＸ線等を照射することによって、基板上に所望のパターンを形成している。
【０００３】
半導体集積回路を製造する場合であれば、所望の回路パターンに対応したマスクをレジストが表面に塗布された半導体ウエハに対して用意し、マスクを介して半導体ウエハに光やＸ線を照射し、レジストを選択的に露光して回路パターンを転写した後、エッチング工程や成膜工程を行う。露光工程を含む斯かる工程を繰り返すことにより、半導体ウエハ上に所望の回路が形成される。
【０００４】
図４に、例えば特許文献１に示されるようなＥＵＶ露光装置の一例を示す。原板としてのマスク１２０１に形成されたパターンを、投影光学系１２０４を介して基板としてのウエハ１２０５上に転写する。この露光装置は、反射型マスク１２０１と、反射光学系によって構成された投影光学系１２０４と、マスク１２０１を保持するマスクステージ１２０２と、ウエハ１２０５を保持するウエハステージ１２０６とを具備し、波長５〜１５ｎｍ（軟Ｘ線領域）に発振スペクトルを有するＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ　Ｕｌｔｒａ　Ｖｉｏｌｅｔ）光を露光光として使用する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２４３０５２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＥＵＶ露光装置には、走査露光のためにマスクステージとウエハステージに高い同期精度が要求されると同時に、高い生産性（スループット）も要求される。
【０００７】
マスクステージとウエハステージのステージ性能を阻害する一つの要因としては、熱による構造体の変形がある。ステージの一部を構成するウエハ支持部材やマスク支持部材にＳｉＣ等の低熱膨張材を用いた場合でも、０．００１℃以下のレベルで温度制御を行わなくては、ステージ性能に影響がでる可能性がある。一方、高い生産性のために高加速度でウエハとマスクを移動させる場合には、ステージを駆動するリニアモータ等の電磁力モータの発熱が問題となる。ステージの加速度が２倍になると、発熱は２乗で効いてくるため４倍になってしまう。ウエハやマスクを大ストロークで移動させるための電磁力モータは、ステージ内での発熱の９割以上を占める。
【０００８】
ＥＵＶ露光装置は、真空雰囲気中でマスクパターンをウエハに投影露光するので、空気中や窒素等の不活性ガス雰囲気中でマスクパターンをウエハに投影露光する装置に比べて、電磁力モータのコイルからの発熱が空気や不活性ガスを介してマスクステージやウエハステージに伝熱されてしまうという問題がなく、この点で有利である。ＥＵＶ露光装置では、電磁力モータのコイルからの発熱がマスクステージやウエハステージを支持する部材を介して定盤等の装置構成部材に伝達されないようにすれば、上述したステージ性能に影響を与えないようにするために電磁力モータのコイルからの発熱を防止する必要がない。
【０００９】
しかしながら、真空雰囲気中であるために電磁力モータのコイルからの発熱がマスクステージやウエハステージに伝熱されてしまうという問題がないということは、換言すれば、電磁力モータのコイルで発生した熱は電磁力モータ内に蓄積されてしまうということを意味する。このことは、電磁力モータのコイルが自身で発生した熱により加熱損傷してしまうという問題を提供する。
【００１０】
そこで、本発明の課題は、ＥＵＶ露光装置において、ステージ駆動用の電磁力モータのコイルが自身で発生した熱により加熱損傷してしまうのを防止することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のＥＵＶ露光装置は、原板ステージ上の原板のパターンを基板ステージ上の基板に真空雰囲気内で露光するＥＵＶ露光装置において、前記原板ステージと前記基板ステージの少なくとも一方を駆動する真空雰囲気内の電磁力モータと、前記電磁力モータの発熱による前記電磁力モータの過熱破損を防止するために前記電磁力モータを冷却する冷却手段を有する。
【００１２】
（作用）
本発明によれば、ＥＵＶ露光装置において、電磁力モータの過熱破損を防止した高精度な露光を行うことができる。
【００１３】
冷媒を循環させて電磁力モータを冷却することで過熱破損を防止するのがより好ましく、冷媒温度をウエハもしくはマスク温度よりも低温とすれば、冷媒流量を小さくできる。
【００１４】
マスク及び／またはウエハ、及びそれぞれの支持部材の少なくとも一方を電磁力モータの発熱部分と非接触に分離すれば、発熱部分の熱がウエハもしくはマスクに伝わらない。
【００１５】
マスクステージ及び／またはウエハステージに対して電磁力を利用して非接触に駆動できる微動機構を設ければ、ステージの熱がウエハもしくはマスクに伝わらない。微動機構はステージに対して非接触に支持されていれば、なお良い。
【００１６】
電磁力モータの発熱部分を、マスクステージ及び／またはウエハステージのガイド（定盤等）、もしくはマスクステージ及び／またはウエハステージの位置を計測する計測器、もしくはＥＵＶ露光光を調整するための光学系、もしくは露光雰囲気を達成するためのチャンバーの少なくともいずれか一つに対して非接触に分離すれば、電磁力モータの熱が露光精度に影響を与える系に伝わらない。
【００１７】
ウエハ及び／もしくはマスクの位置を計測する干渉計システムの計測光路を真空雰囲気内にすれば、位置計測のゆらぎ誤差がなくなるため電磁力モータの許容表面温度を大幅に緩めることが可能となる。
【００１８】
更に、本発明のＥＵＶ露光装置を利用して半導体デバイスを製造すれば、集積度の高いデバイスを高いスループットで生産することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる実施形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明のＥＵＶ露光装置の構成を説明する図である。本実施形態でのＥＵＶ露光装置は、ウエハ上のショット領域間のステップ移動とショット領域のスキャン露光を繰り返して、ウエハ上の各ショット領域の露光を行う所謂ステップアンドスキャン露光を行うものである。このＥＵＶ露光装置は、ウエハステージ部Ａと、光学システム１２で形成される光学系Ｃと、マスクステージ部Ｂに分かれて、その内部を真空雰囲気とする真空チャンバー１０内に設置され、それぞれのチャンバー１０内は対応する真空ポンプ１１により高真空に保たれている。
【００２１】
図２に示したウエハステージを図１，図３を参照しながら説明する。図２に示したウエハステージは、電磁力モータとしてのＹリニアモータ３で発生した力をＹスライダー７ａで伝えてＸＹスライダー１３をステージ定盤６上でＹ軸方向に動かし、電磁力モータとしてのＸリニアモータ３で発生した力をＸスライダー７ｂで伝えてＸＹスライダー１３をステージ定盤６上でＸ軸方向に動かす（図１ではＸ軸のみ図示）。
【００２２】
ウエハステージ上には、６軸（Ｘ軸，Ｙ軸、Ｚ軸と各軸の回転方向）の微動ステージ２が設けられ、その上部に保持される基板としての半導体ウエハ１ｂを高精度に６軸方向の位置決めを可能としている。微動ステージ２は、微小位置決め用の電磁力モータとしてのリニアモータ１４（一部のみ図示）と、ウエハステージの加減速時における力伝達用の電磁継ぎ手１５を有しており、ＸＹスライダ１３に対して非接触にウエハ１ｂを移動させることができる。
【００２３】
微動ステージ２のウエハ１ｂ側の部材は、微動ステージ２のＸＹスライダ１３側の部材に対してバネ性が無視できる磁石反発支持機構で、互いが非接触となるように支持されている。これにより、微動ステージ２のウエハ１ｂ側の部材（位置決め部）に外乱振動等が入ってくることが遮断されている。
【００２４】
図３に示すように、リニアモータ３は、コイルを有する固定子１５０とスライダー７（Ｙスライダ７ａまたはＸスライダ７ｂ）に設置された磁石１０２を有する可動子１００で構成されており、固定子１５０と可動子１００は非接触に分離されている。固定子１５０は図１に示す真空用静圧パット５により定盤６に対して非接触にガイドされ、リニアモータ３で発生する反力を吸収しながら移動するようになっている。
【００２５】
可動子１００が接続されているＹスライダ７ａまたはＸスライダ７ｂは、真空用静圧パット５で定盤６に対して非接触にガイドされており、ＸＹスライダ１３に対しては不図示の電磁ガイドにより非接触にガイドされている。ＸＹスライダ１３も真空用静圧パット５で定盤６に対して非接触にガイドされている。本実施形態では、ウエハステージの全ての主な構造体が互いに非接触に浮上している状態に保たれている。
【００２６】
次に、マスクステージについて説明する。マスクステージは基本的にウエハステージの天地逆の構成で、その構造はウエハステージと同様で、６軸方向に位置決めが可能となっている。しかし、Ｘリニアモータ３及びＸスライダー７ｂに相当する構成はなく、Ｘ軸方向は６軸微動機構２のストローク範囲内でのみ可動になっている。つまり、走査露光の際に移動するＹ軸方向は不図示の大ストローク駆動機構上に小ストローク駆動機構が構成されているのに対し、Ｘ軸方向は小ストローク駆動機構のみで構成されている。
【００２７】
このように、ウエハステージ及びマスクステージを多軸構成にすることで、より高精度な自由度の高い位置決めが可能となり、走査露光時の同期誤差等に柔軟に対応することが可能となる。また、マスク１ａやウエハ１ｂの搬送系からの受け渡し誤差（基板の設置ずれ）に対しても柔軟に補償することが可能となっている。
【００２８】
ところで、ウエハステージ及びマスクステージのリニアモータ３は、真空チャンバー１０内の真空雰囲気中に設置されているため、図３に示すコイルユニット１６０を構成するコイル１６１，１６２の発熱が、空気や不活性ガスを介して伝達して逃げることがない。このことは、ウエハステージ及びマスクステージにコイル１６１，１６２の発熱が空気や不活性ガスを媒介として伝達されてしまうことがないという有利な点がある反面、蓄積された熱でコイル１６１，１６２が過熱破損する恐れがあるという新たな問題を発生させる。
【００２９】
そのため、本実施形態のＥＵＶ露光装置では、リニアモータ３からその周囲への伝熱を防止するためではなく、コイルユニット１６０の過熱破損を防止するために、コイル１６１，１６２が破損しない程度にコイルユニット１６０を冷却する必要がある。本実施形態のＥＵＶ露光装置では、この対策として、図１に示すように、ウエハステージ及びマスクステージの各リニアモータ３の固定子に冷媒循環装置４により冷媒を循環させて冷却している。ウエハステージ側のリニアモータ３の固定子の一部及びマスクステージ側のリニアモータ３の固定子は不図示。
【００３０】
リニアモータ３の詳細を図３に示す。リニアモータ３は、界磁永久磁石１０２を有する可動ヨーク１０１で構成された可動子１００と、コイル１６１，１６２と冷却配管１５３で構成するコイルユニット１６０が組み込まれた鉄心歯１５５で構成された固定子１５０の２つの構成になっている。可動子１００と固定子１５０は、それぞれ独立に定盤６にガイドされ、一定の隙間を保ちながら非接触に分離されている。固定子ヨーク１５１は冷却配管１７１を配置した固定子取り付け台１７０に固定され、図１に示すように、真空用静圧パット５で定盤６に対して非接触にガイドされている。
【００３１】
図３のリニアモータ３だけでも駆動装置として機能するが、本実施形態では、図２に示すように、推力定数をかせぐために図３に示すリニアモータ３を２つＺ軸方向に沿って上下に対向配置させ、また１つの可動子ヨーク１０１の上下両面に界磁永久磁石１０２配置したものを１つのリニアモータ３として機能させている。
【００３２】
固定子ヨーク１５１の発熱部となるコイルユニット１６０は、固定子ヨーク１５１が真空雰囲気内に設置されることで、マスクステージやウエハステージ等の他部材（特に位置決め部分）と熱的に切れていることから周囲への影響はほとんど考慮しなくても良い。特に、本実施形態のＥＵＶ露光装置では、前述したように固定子１５０に限らず、殆どの構造部材が互いに非接触にガイドされた構造となっているため、真空雰囲気内では熱的に断熱された状態と言ってよい。
【００３３】
また、本実施形態のＥＵＶ露光装置では、マスクステージやウエハステージのＸＹＺ座標系での位置を計測する測長器としてのレーザ干渉計の位置計測光路を真空雰囲気内としているため、レーザ干渉計９の出力にゆらぎ成分が発生しないようにするために、リニアモータ３からの発熱を防止することも必要はない。
【００３４】
このため、本実施形態のＥＵＶ露光装置では、空気中や不活性ガス中で露光を行う装置のように、固定子１５０表面温度を１／１０００℃〜１／１０℃のレベルで温度管理するような高精度な冷却はする必要はなく、冷却循環装置４等の構成を極めて簡単及び単純なものとすることができる。もちろん、固定子１５０表面温度を１／１０００℃〜１／１０℃のレベルで温度管理するような高精度な冷却を行っても良いが、高精度な冷却に実質的な意味はない。
【００３５】
本実施形態のＥＵＶ露光装置では、冷却循環装置４に求められる作用はあくまでも過熱防止で構わず、例えばコイル１６１，１６２の最高温度が８０℃程度（８０℃以下）になるように冷却すれば、マスク１ａやウエハ１ｂ、及びそれらの支持部材としてのマスクステージやウエハステージの温度変化を１／１０００℃以下に保つことが可能である。これにより、冷媒循環装置４の大幅な簡易化が可能となる。
【００３６】
空気中や不活性ガス中で露光を行う装置では、冷却対象をウエハ温度に管理するために、冷媒温度をウエハ温度に合わせていたが、本実施形態のＥＵＶ露光装置では、固定子ヨーク１５０の温度は他への影響を与えないため、冷媒温度をウエハ温度より下げる設定も可能である。これにより、冷却方法の自由度を増すことができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、マスクステージとウエハステージのそれぞれのリニアモータ３に対して冷却を行う場合を示したが、リニアモータ３に対する冷却は必要に応じてマスクステージとウエハステージの一方のみとしても良い。
【００３８】
また、本実施形態では、マスクステージとウエハステージのそれぞれのリニアモータ３をチャンバー１０内の真空雰囲気中に配置する構成としているが、これに限るものではなく、どちらか一方のリニアモータ３をチャンバー１０の外部に配置するようにしても良い。この場合には、少なくともチャンバー１０内に配置された側のリニアモータ３に対して、冷媒循環装置４から冷媒を循環させるようにすれば良い。
【００３９】
次に、このＥＵＶ露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図５は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。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う。ステップ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。
【００４０】
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、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用し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５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）等の組み立て工程を含む。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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。
【００４１】
上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＥＵＶ露光装置において、電磁力モータの過熱破損を防止した高精度な露光を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＥＵＶ露光装置の一実施形態を示す図。
【図２】図１の実施形態に適用されるウエハステージを示す図。
【図３】リニアモータの詳細を示す図。
【図４】ＥＵＶ露光装置の概略を示す図。
【図５】半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図。
【符号の説明】
１ａ　マスク
１ｂ　ウエハ
２　微動ステージ
３　リニアモータ
４　冷媒循環装置
５　真空用静圧パット
６　定盤
７ａ　Ｙスライダ
７ｂ　Ｘスライダ
８　干渉計ミラー
９　干渉計
１０　真空チャンバー
１１　真空ポンプ
１２　光学システム
１３　ＸＹスライダ
１００　可動子
１０１　可動子ヨーク
１０２　磁石
１５０　固定子
１５１　固定子ヨーク
１５３　冷却配管
１６１，１６２　コイル
１６０　コイルユニット
１７１　冷却配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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