特許 7583425 ステージ装置及び半導体製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-06

(45)【発行日】2024-11-14

(54)【発明の名称】ステージ装置及び半導体製造装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/68 20060101AFI20241107BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20241107BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 K

G03F7/20 521

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020071926

(22)【出願日】2020-04-13

(65)【公開番号】P2021168372

(43)【公開日】2021-10-21

【審査請求日】2023-03-27

(73)【特許権者】

【識別番号】523113319

【氏名又は名称】岡部 貴雄

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉本 成香

(72)【発明者】

【氏名】岡部 貴雄

【審査官】湯川 洋介

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００４２９７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００１－３１９８６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８３３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／００９２５４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８

Ｇ０３Ｆ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基部と、
前記基部との間に第１隙間を空けて設けられた台座と、
前記基部に対して前記台座を移動させる移動手段と、を有し、
導電性及び熱伝導性を有するイオン液体が前記第１隙間に配置され、
前記移動手段は、前記基部に設けられ、前記イオン液体を通し前記第１隙間に通じる流路と、前記流路に通す前記イオン液体の液量又は圧力を加減して前記台座の移動量を制御する制御手段と、を有する微細加工用のステージ装置。

【請求項2】

前記移動手段は、前記台座を少なくとも水平方向に移動させる請求項１に記載のステージ装置。

【請求項3】

前記移動手段は、前記台座を少なくとも鉛直方向に移動させる請求項１又は請求項２に記載のステージ装置。

【請求項4】

基部と、
前記基部との間に第１隙間を空けて設けられた台座と、
前記基部に対して前記台座を移動させる移動手段と、を有し、
導電性及び熱伝導性を有するイオン液体が前記第１隙間に配置されている微細加工用のステージ装置を備え、
前記ステージ装置に半導体ウエハが載置され、
前記半導体ウエハを露光する露光手段が、前記半導体ウエハとの間に第２隙間を空けて設けられ、
前記第２隙間にマッチングオイルとしてのイオン液体が配置されている半導体製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、微細加工用のステージ装置、及び該ステージ装置を備えた半導体製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

基板処理装置において、基板を保持する保持部を、転がり軸受により支持する構造が開示されている（特許文献１参照）。この構造では、接地部により保持部を接地電位に接続している。接地部の一端部は導通経路部に接続され、接地部の他端部は接地電位に接続されている。この接地部に、接地ブラシや導電性のイオン液体を用いることも記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１８３３８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記技術の他、半導体製造装置等に用いられるステージ装置においては、台座に載せたワークを精密に動かすために、基部に対して台座を浮上させる空気軸受と、台座を駆動するリニアモータが用いられることがある。空気軸受を用いることで台座と基部とが互いに非接触となるが、台座における静電気の帯電を防止するための配線、例えば接地ブラシが必要であり、完全な非接触にはなっていない。接触部分があると台座が動く際に摩擦が生じるため精密な制御が難しくなる上に、摩耗粉の発生も懸念される。また、台座が浮上していると、台座の熱を基部に逃がすことができない。

【0005】

本発明は、高精度なステージ装置及び該ステージ装置を備えた半導体製造装置を提供すると共に、台座と基部との間の非接触での導電性及び熱伝導性を確保して、台座の帯電抑制及び冷却性向上を可能にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の態様に係る微細加工用のステージ装置は、基部と、前記基部との間に第１隙間を空けて設けられた台座と、前記基部に対して前記台座を移動させる移動手段と、を有し、導電性及び熱伝導性を有するイオン液体が前記第１隙間に配置されている。

【0007】

このステージ装置では、台座と基部との間に第１隙間が設けられ、該第１隙間に導電性を有するイオン液体が配置されているので、台座と基部との間の潤滑性が担保される。したがって、微細加工のために台座を高精度かつ滑らかに移動させることができる。また、基部を接地しておき、台座の移動に伴い台座に帯電する静電気をイオン液体の導電性により基部に伝達して除電することができる。更に、台座の移動に伴う発熱をイオン液体の熱伝導性により基部に伝達して排熱することができる。

【0008】

第２の態様は、第１の態様に係るステージ装置において、前記移動手段が、前記基部に設けられ、前記イオン液体を通し前記第１隙間に通じる流路と、前記流路に通す前記イオン液体の液量又は圧力を加減して前記台座の移動量を制御する制御手段と、を有する。

【0009】

このステージ装置では、制御手段によりイオン液体の液量又は圧力を加減することで、基部の移動を高精度に制御できる。

【0010】

第３の態様は、第１の態様又は第２の態様に係るステージ装置において、前記移動手段が、前記台座を少なくとも水平方向に移動させる。

【0011】

このステージ装置では、制御手段によりイオン液体の液量又は圧力を制御することで、台座を高精度で水平方向に移動させることができる。このステージ装置を半導体製造装置に用いた場合、例えば半導体ウエハに対する露光位置の高精度な位置決めが可能となる。

【0012】

第４の態様は、第１～第３の態様の何れか１態様に係るステージ装置において、前記移動手段は、前記台座を少なくとも鉛直方向に移動させる。

【0013】

このステージ装置では、制御手段によりイオン液体の液量又は圧力を制御することで、台座の高さを高精度に制御することができる。このステージ装置を半導体製造装置に用いた場合、例えば半導体ウエハに対する露光手段の高精度なフォーカスが可能となる。

【0014】

第５の態様に係る半導体製造装置は、第１～第４の態様の何れか１態様に係るステージ装置を備え、前記ステージ装置に半導体ウエハが載置される。

【0015】

この半導体製造装置では、上記ステージ装置を用いることで、半導体ウエハに対する加工を高精度に行うことができる。

【0016】

第６の態様は、第５の態様に係る半導体製造装置において、前記半導体ウエハを露光する露光手段が、前記半導体ウエハとの間に第２隙間を空けて設けられ、前記第２隙間にマッチングオイルとしてのイオン液体が配置されている。

【0017】

この半導体製造装置では、第２隙間にもイオン液体が満たされていることにより、インデックスマッチングができるようになる。この際、第１隙間のイオン液体と第２隙間のイオン液体を同質とすることにより、仮に双方のイオン液体が混ざってもコンタミネーションの問題が生じないようにすることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、高精度なステージ装置及び該ステージ装置を備えた半導体製造装置を提供すると共に、台座と基部との間の非接触での導電性及び熱伝導性を確保して、台座の帯電抑制及び冷却性向上を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本実施形態に係るステージ装置の概要を示すブロック図である。

【図2】半導体ウエハが載置されたステージ装置を示す斜視図である。

【図3】図２における３－３矢視断面図である。

【図4】ステージ装置から台座を取り外した状態を示す平面図である。

【図5】第２隙間にマッチングオイルとしてイオン液体を配置した状態を模式的に示す断面図である。

【図6】現像液とイオン液体が混ざらないことを模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。なお、各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一の構成要素であることを意味する。また、以下に説明する実施形態において重複する説明及び符号については、省略する場合がある。

【0021】

［第１実施形態］
図１において、本実施形態に係る半導体製造装置１０は、微細加工用のステージ装置１２を有している。ステージ装置１２は、例えば、半導体ウエハ２０に様々な処理を行うための真空容器（図示せず）内に設置される。このステージ装置１２は、基部１４と、台座１６と、移動手段１８とを有しており、台座１６には、半導体ウエハ２０が載置される。また、導電性及び熱伝導性を有するイオン液体２６が、基部１４と台座１６の間の第１隙間Ｓ１に供給されて配置される。

【0022】

（基部）
図１から図４において、基部１４は、例えば平面視で四角形に形成され、かつ電気的に接地されている。一例として、基部１４の中央部には、台座１６が配置される凹部２２が形成されている。凹部２２は平面視で略四角形とされている。凹部２２を囲む四辺は、堤部２４とされている。図２から図４に示されるように、各々の堤部２４には、イオン液体２６の供給穴３１Ｘ，３１Ｙと排出穴３２Ｘ，３２Ｙが形成されている。一例として、供給穴３１Ｘ，３１Ｙには、絞り３０がそれぞれ設けられている。

【0023】

また、供給穴３１Ｘは、台座１６をＸ方向に移動させる際にイオン液体２６を供給する穴である。供給穴３１Ｙは、台座１６をＹ方向に移動させる際にイオン液体２６を供給する穴である。排出穴３２Ｘ，３２Ｙは、供給穴３１Ｘ，３１Ｙの下側にそれぞれ形成されている。供給穴３１Ｘ及び排出穴３２Ｘ、並びに供給穴３１Ｙ及び排出穴３２Ｙは、各々の堤部２４の長手方向の中央部にそれぞれ一対ずつ形成されている。

【0024】

なお、供給穴３１Ｘ，３１Ｙ及び排出穴３２Ｘ，３２Ｙの位置や数はこれに限られず、堤部２４の長手方向に複数対の供給穴３１Ｘ，３１Ｙ及び排出穴３２Ｘ，３２Ｙが形成されていてもよい。また、供給穴３１Ｘ，３１Ｙ及び排出穴３２Ｘ，３２Ｙが対に配置されていなくてもよい。具体的には、供給穴３１Ｘと排出穴３２Ｘの位置が、互いにＹ方向にずれていてもよい。また、供給穴３１Ｙと排出穴３２Ｙの位置が、互いにＸ方向にずれていてもよい。

【0025】

基部１４における凹部２２の底部２８には、支持部３６が形成されている。この支持部３６は、基部１４と台座１６の間の第１隙間Ｓ１にイオン液体２６が供給されておらず、台座１６が浮上していないときに台座１６を支える部位である。この支持部３６は、例えば台座１６よりも小さい四角形の稜線状に形成されている（図４）。支持部３６の内側には、ポケット３８が形成されている。ポケット３８は１箇所に限られず、複数箇所に設けられていてもよい。ポケット３８の底部２９は、凹部２２の底部２８よりも高く、支持部３６よりも低い位置にある。この底部２９の例えば中央部には、台座１６をＺ方向（上下方向）に移動させるための供給穴３１Ｚが、例えば１つ形成されている。一例として、供給穴３１Ｚには、絞り３４が設けられている。なお、供給穴３１Ｚの数は１つに限られず、複数であってもよい。ポケット３８にイオン液体２６を供給することにより、台座１６を基部１４から浮上させることが可能となっている。

【0026】

凹部２２における支持部３６と堤部２４の間には、回収溝２５が環状に形成されている。上記した排出穴３２Ｘ，３２Ｙは、この回収溝２５に開口している。

【0027】

（台座）
台座１６は、半導体ウエハ２０が載置される部位であり、少なくとも一部が基部１４の凹部２２に入り込む大きさとされ、平面視で例えば略四角形とされている。図２に示される例では、台座１６が全体的に凹部２２に入り込んでいる。図３に示される例では、台座１６の大部分が凹部２２に入り込んでいるが、上部はわずかに堤部２４より上方に突出している。このように、台座１６は、凹部２２内で浮上可能な構造であればよい。

【0028】

台座１６の底面１６Ｂは、例えば平面とされている。また、台座１６の４箇所の側面１６Ａには、ポケット４０がそれぞれ形成されている。ポケット４０は１箇所に限られず、複数箇所に設けられていてもよい。上記した供給穴３１Ｘ，３１Ｙは、このポケット４０にそれぞれ対向して設けられており、ポケット４０に向けてイオン液体２６を供給できるようになっている。図３では、供給穴３１Ｙがポケット４０に対向していることが示されている。

【0029】

台座１６は、基部１４との間に第１隙間Ｓ１を空けて設けられている。第１隙間Ｓ１は、Ｘ方向の隙間、Ｙ方向の隙間及びＺ方向の隙間を含む。第１隙間Ｓ１にイオン液体２６が供給されることにより、台座１６が基部１４から浮上し、該基部１４と非接触になるように構成されている。第１隙間Ｓ１は、台座１６の浮上時に台座１６と基部１４とに形成される隙間の全体を意味する。上記したポケット３８，４０も、第１隙間Ｓ１を構成する。

【0030】

イオン液体２６は、例えばＮ，Ｎ－ジエチル－Ｎ－メチル－Ｎ－（２－メトキシエチル）アンモニウム テトラフルオロボラート（ＤＥＭＥＢＦ_４）を含む、アンモニウム塩、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩のイオン液体である。他に、モリホリニウム塩、ホスホニウム塩、ピペリジニウム塩、ピロジニウム塩、スルホニウム塩のイオン液体を用いてもよい。またこれら複数の塩を混合して用いてもよい。

【0031】

（移動手段）
移動手段１８は、基部１４に対して台座１６を例えば水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）及び鉛直方向（Ｚ方向）に移動させるための駆動部であり、流路４２と、制御手段４４と、を有している。流路４２は、基部１４に設けられ、イオン液体２６を通し第１隙間Ｓ１に通じる部位であり、その一例が上記した供給穴３１Ｘ，３１Ｙ，３１Ｚ及び排出穴３２Ｘ，３２Ｙである（図２、図３）。

【0032】

制御手段４４は、流路４２に通すイオン液体２６の液量又は圧力を加減して台座１６の移動量を制御する制御装置である。制御手段４４は、例えば、Ｘ－Ｙ方向圧力調整要素５０と、Ｚ方向圧力調整要素５２と、圧力供給要素５４と、イオン液体リザーバ５６と、制御要素５８とを有している。

【0033】

Ｘ－Ｙ方向圧力調整要素５０は、例えば圧力調整弁であり、基部１４の供給穴３１Ｘ，３１Ｙと圧力供給要素５４との間にそれぞれ配管で接続されている。なお、Ｘ方向圧力調整要素とＹ方向圧力調整要素を別々に設けてもよい。Ｚ方向圧力調整要素５２も例えば圧力調整弁であり、基部１４の供給穴３１Ｙと圧力供給要素５４との間に配管で接続されている。

【0034】

圧力供給要素５４は、例えばポンプであり、供給穴３１Ｘ，３１Ｙ，３１Ｚとイオン液体リザーバ５６との間に配管で接続されている。この圧力供給要素５４は、イオン液体リザーバ５６内のイオン液体２６を加圧して、Ｘ－Ｙ方向圧力調整要素５０及びＺ方向圧力調整要素５２に供給するようになっている。イオン液体リザーバ５６は、基部１４の排出穴３２Ｘ，３２Ｙ（図２、図３）と圧力供給要素５４との間に配管で接続されており、排出穴３２Ｘ，３２Ｙから排出されたイオン液体２６を一時的に貯留しておく容器である。

【0035】

なお、移動手段１８による台座１６の移動方向は、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の任意の組合せが可能である。したがって、移動方向は水平方向のみでもよく、また鉛直方向（Ｚ方向）のみでもよい。水平方向は、一方向（Ｘ方向又はＹ方向）と二方向（Ｘ方向及びＹ方向）のどちらでもよい。また、移動方向は、Ｘ方向及びＺ方向、Ｙ方向及びＺ方向であってもよい。

【0036】

図５に示される半導体製造装置１０では、半導体ウエハ２０を露光する露光手段６０が、半導体ウエハ２０との間に第２隙間Ｓ２を空けて設けられている。第２隙間Ｓ２には、マッチングオイルとしてのイオン液体４６が配置されている。

【0037】

（作用）
図１において、本実施形態に係るステージ装置１２では、台座１６と基部１４との間に第１隙間Ｓ１が設けられ、該第１隙間Ｓ１に導電性を有するイオン液体２６が配置されているので、台座１６と基部１４との間の潤滑性が担保される。したがって、微細加工のために台座１６を高精度かつ滑らかに移動させることができる。また、基部１４を接地しておき、台座１６の移動に伴い台座１６に帯電する静電気をイオン液体２６の導電性により基部１４に伝達して除電することができる。これにより、台座１６と基部１４とが完全非接触の案内機構を実現できる。更に、台座１６の移動に伴う発熱をイオン液体２６の熱伝導性により基部１４に伝達して排熱することができる。

【0038】

ステージ装置１２では、圧力供給要素５４が、イオン液体リザーバ５６内のイオン液体２６を加圧して、供給穴３１Ｘ，３１Ｙ，３１Ｚに供給する。イオン液体２６は、第１隙間Ｓ１に入り、台座１６を基部１４から浮上させる。余分なイオン液体２６は、回収溝２５及び排出穴３２Ｘ，３２Ｙを通じてイオン液体リザーバ５６に回収される。

【0039】

この際、Ｘ－Ｙ方向圧力調整要素５０とＺ方向圧力調整要素５２により、供給穴３１Ｘ，３１Ｙ，３１Ｚに供給するイオン液体２６の液量又は圧力を加減することで、基部１４のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の移動をそれぞれ高精度に制御できる。例えば半導体製造に必要なナノメートルオーダーでの制御が可能である。したがって、ステージ装置１２を半導体製造装置１０に用いることで、例えば半導体ウエハ２０に対する露光位置の高精度な位置決めが可能となる。また、台座１６の高さを制御することで、半導体ウエハ２０に対する露光手段６０（図６）の高精度なフォーカスが可能となる。また、台座１６の傾きを制御することもできるので、半導体ウエハ２０にばらつきがあってもその姿勢を制御できる。このように、ステージ装置１２を用いた半導体製造装置１０によれば、半導体ウエハ２０に対する加工を高精度に行うことができる。

【0040】

半導体製造装置１０では、処理室内を真空にすることが多いため、真空に対応したステージ装置１２が求められており、真空中でアウトガスが発生する油や水をステージ装置１２に用いることはできない。本実施形態では、超高真空の環境下でも気化せず、油や水のようなアウトガスの発生が少ないイオン液体２６を台座１６の潤滑等に用いている。アウトガス分圧は、例えば１０^－９Ｐａ未満である。したがって、ステージ装置１２を超高真空の環境下で使用することができる。また、超高真空の環境下でアウトガスが発生した場合でも、そのアウトガスがどこから出たのかを予想し易い。更に、真空シールが不要なため、構成が簡素となり、装置の小型化が可能である。超高真空での機構駆動状態で、１０^－５Ｐａ以下の真空度を維持可能である。

【0041】

図５に示される例では、第２隙間Ｓ２にもイオン液体２６が満たされていることにより、インデックスマッチングができるようになる。この際、第１隙間Ｓ１のイオン液体２６と第２隙間Ｓ２のイオン液体２６を同質とすることにより、仮に双方のイオン液体２６が混ざってもコンタミネーションの問題が生じないようにすることができる。

【0042】

図６において、半導体の製造工程において、半導体ウエハ２０にかけた現像液６２が台座１６や基部１４へ流れ出したとしても、現像液６２はイオン液体２６と混ざらないため、台座１６と基部１４との第１隙間Ｓ１に現像液６２が浸透しない。したがって、イオン液体２６の性質の変化を抑制できる。

【0043】

このように、本実施形態によれば、高精度なステージ装置１２及び該ステージ装置１２を備えた半導体製造装置１０を提供することができる。また、台座１６と基部１４との間の非接触での導電性及び熱伝導性を確保して、台座１６の帯電抑制及び冷却性向上を可能にすることができる。

【0044】

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明の実施形態は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0045】

１０ 半導体製造装置
１２ ステージ装置
１４ 基部
１６ 台座
１８ 移動手段
２０ 半導体ウエハ
２６ イオン液体
３１Ｘ 供給穴（流路）
３１Ｙ 供給穴（流路）
３１Ｚ 供給穴（流路）
３２Ｘ 排出穴（流路）
３２Ｙ 排出穴（流路）
４２ 流路
４４ 制御手段
４６ イオン液体（第２隙間）
６０ 露光手段
Ｓ１ 第１隙間
Ｓ２ 第２隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】