JP2001358058A - ステージ装置、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

ステージ装置、露光装置およびデバイス製造方法

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JP2001358058A JP2000180792A JP2000180792A JP2001358058A JP 2001358058 A JP2001358058 A JP 2001358058A JP 2000180792 A JP2000180792 A JP 2000180792A JP 2000180792 A JP2000180792 A JP 2000180792A JP 2001358058 A JP2001358058 A JP 2001358058A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ばね部材を用いた自重補償ステージの安定性
を向上させる。 【解決手段】 微動ステージ1と粗動ステージ2の間に
は、少なくとも3個のばね部材3a〜3cからなる自重
補償手段と、微動ステージ1をZ並進微駆動するリニア
モータ4a〜4cが設けられる。微動ステージ1の重心
点Gは、バーミラー10等のためにステージ中心Oから
ずれた位置にあり、ばね部材3a〜3cによって静的つ
りあい状態にもどるときに回転モーメントが発生し、ス
テージのかじり、損傷等を引き起こす。これを防ぐため
に、3個のばね部材3a〜3cのそれぞれのばね定数
を、重心点Gに対する各ばね部材3a〜3cの相対位置
に基づいて設定し、前記回転モーメントの発生を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置等におい
てウエハ等基板やレチクル等を微小位置決めするための
微動ステージ等に用いられるステージ装置、露光装置お
よびデバイス製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】産業機器や情報機器における制御技術
は、機器の複雑化・高度化・微細化に伴ない、高精度化
・高速化が進んでいる。そして、こうした各種機器を支
える“半導体デバイス”を製造する露光装置もまた、高
速化・高精度化が急激に進んでおり、ナノメートルオー
ダの位置決め精度等が要求されてきている。
【0003】露光装置のウエハやレチクルの位置決め機
構としては、微小並進機構と微小回転機構を有する微動
ステージと、並進方向への大ストローク移動機構を有す
る粗動ステージとから構成されるステージ装置が一般的
に知られている。
【0004】この装置は、粗動ステージによって大スト
ロークの移動を行ないつつ、微動ステージの微動アクチ
ュエータによって、微動ステージ上のウエハやレチクル
が像面に一致するように微動位置決め制御し、露光を行
なう。
【0005】一般的に、粗動ステージ、微動ステージは
ともに、位置決め機構のアクチュエータとしてローレン
ツ力を利用したリニアモータを用いることが多い。
【0006】ところが、露光装置の微動ステージにおい
ては、近年、以下のような問題点が生じている。
【0007】(1)チップサイズ、ウエハおよびレチク
ルの大型化に伴ない、微動ステージのサイズも大型化
し、微動ステージをローレンツ力によるリニアモータで
浮上させる場合には、アクチュエータの消費電力も増加
してしまう。
【0008】特に微動ステージのアクチュエータは、ウ
エハもしくはレチクル近傍に取り付けられることが多い
ため、粗動ステージに比べて熱によるウエハもしくはレ
チクルへの影響が大きく、ウエハおよびレチクルの熱変
形を生じ、ひいては最終的な露光精度を著しく劣化させ
てしまう。
【0009】(2)露光装置に対する高速化の要求は高
まってきており、粗動ステージの加速度アップが進めら
れている。しかしながらこれは、粗動ステージから微動
ステージに加えられる加速度も大きくなる、ということ
を意味する。そして、粗動アクチュエータが微動ステー
ジを押す“加力点”と、微動ステージの重心点のずれに
よって、粗動ステージによって微動ステージが加速され
た際に、粗動ステージの加速度に比例したモーメント力
が微動ステージにかかることになる。
【0010】従って、高速化が進むほど、上記モーメン
ト力に耐え得るために、微動ステージのアクチュエータ
が巨大になり、微動アクチュエータにおける発熱量が増
え、露光精度に悪影響が生じるという問題が発生する。
すなわち、アクチュエータの大型化が、さらなる熱の増
加につながり、悪循環をもたらす。
【0011】このような問題点を解決するための手段と
して、磁石もしくは電磁石の反発力や吸着力を用いて微
動ステージの自重補償を行なう方法が考えられる。この
場合、磁石による補償だけでは微動ステージの姿勢を保
持することが困難なため、ばねによる姿勢保持を行なう
ことが一般的によく用いられる。
【0012】図5は磁石反発による自重補償を行なった
一従来例によるウエハ微動ステージを模式的に示すもの
で、これは、ウエハW0 を保持する保持面101aを有
する微動ステージ101と、図示しない大ストロークの
移動機構を有する粗動ステージ102と、粗動ステージ
102上で微動ステージ101の姿勢保持等を行なうた
めの第1ないし第3のばね部材103a〜103cと、
微動ステージ101の重さを支持するいわゆる磁気反発
力による自重補償のための第1ないし第3の磁石ユニッ
ト104a〜104cを有し、各磁石ユニット104a
〜104cは、粗動ステージ102上に固定された磁石
141a〜141cと、これらにそれぞれ対向するよう
に微動ステージ101の下面に固定された磁石142a
〜142cによって構成される。
【0013】各磁石ユニット104a〜104cの磁石
141a〜141cと磁石142a〜142cの磁気反
発力によって、微動ステージ101の自重補償が行なわ
れる。すなわち、図示しない投影光学系の像面近傍にウ
エハW0 が位置した時の微動ステージ101の自重が、
前記磁気反発力によって相殺される。
【0014】微動ステージ101の姿勢補償を行なう3
個のばね部材103a〜103cのばね定数は等しく、
上記のようにウエハW0 が像面近傍にある状態で、ばね
の復元力が最小になるように設定される。
【0015】微動ステージ101は、レーザ干渉計等に
よって微動ステージ101の位置を検出するための一対
のバーミラー110を有し、微動ステージ101の位置
情報を粗動ステージ102のアクチュエータにフィード
バックする制御系が設けられている。
【0016】3本の姿勢補償用のばね部材103a〜1
03cは、微動ステージ101の中心Oから等距離rの
円周上に120度の等間隔の位置Z1 〜Z3 に配置する
ことが一般的である。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、ウエハを保持する微動ステージに固定
されたバーミラー等の影響によって、微動ステージの重
心が、微動ステージの幾何学的中心と異なる位置に存在
するため、微動ステージを回転運動を生じさせずに+Z
方向にのみ押し上げて所定の浮上位置と姿勢に保つのに
必要な3個のばね部材の復元力は、互いに異なることに
なる。
【0018】従って、ばね定数の等しい3個のばねによ
って姿勢保持を行なった場合には、たとえ磁石によって
微動ステージの自重を補償しても、例えば、微動ステー
ジを回転させずに−Z方向に垂直に変位させ、各ばねが
均等に撓んだ状態にした場合であっても、3個のばねの
復元力の合力は、微動ステージを+Z方向に並進させる
だけでなく、回転も発生せしめることになる。
【0019】すなわち、微動ステージのアクチュエータ
による位置制御が切れた状態で、微動ステージに何らか
の要因で外力が加わった場合や、ウエハ交換等のよう
に、微動ステージをアクチュエータによって−Z方向へ
変位せしめる動作をしている状態で、事故による非常停
止等のために位置制御が切れた場合は、微動ステージの
+Z方向への復元運動に加えて、回転方向の可動ストロ
ークを超えた傾き運動が発生し、ステージのかじりや破
損を招くおそれがあった。
【0020】また、磁石によって微動ステージの自重を
補償し、ばねによって姿勢補償を行なう構成以外に、微
動ステージのZ方向ストロークのほぼ全域において、磁
石によって均一な自重補償力を発生せしめる方法も提案
されているが、このような場合でも、磁石による補償だ
けでは不安定なため、コイルばねや板ばね等による姿勢
保持手段は必要であり、上記の静的不つりあいによる問
題点は、そのままあてはまる。
【0021】あるいは、微動ステージの自重補償をもば
ねによって直接行なう方法も考えられるが、こうした場
合においても、上記の問題点は、そのままあてはまる。
【0022】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、ウエハやレチクルを
搭載する微動ステージの自重補償および姿勢補償または
そのうちの一方のために少なくとも3個のばね部材を用
いるステージ装置において、ばね部材による補償機能の
安定性を向上させ、ステージのかじりや破損を効果的に
回避できるステージ装置、露光装置およびデバイス製造
方法を提供することを目的とするものである。
【0023】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のステージ装置は、保持面を有する微動ステ
ージと、該微動ステージの自重および姿勢またはそのう
ちの一方を補償する少なくとも3個のばね部材を備えた
自重補償手段と、前記微動ステージを鉛直方向に駆動す
るアクチュエータを有し、前記3個のばね部材のそれぞ
れのばね定数が、静的なつりあい状態にあるときの前記
微動ステージの重心に対する各ばね部材の相対位置に基
づいて設定されていることを特徴とする。
【0024】ばね部材がコイルばねであるとよい。
【0025】ばね部材が空気圧シリンダであってもよ
い。
【0026】ばね部材が板ばねであってもよい。
【0027】自重補償手段が、少なくとも3個のばね部
材と磁気手段を備えているとよい。
【0028】
【作用】3個のばね部材の復元力によって微動ステージ
が静的なつりあい状態にもどるとき、各ばね部材の復元
力の合力の作用点が微動ステージの重心位置からずれて
いると回転モーメントが発生し、微動ステージが傾い
て、かじり、損傷等を引き起こす。そこで、3個のばね
部材の復元力の合力が微動ステージの重心位置と一致す
るように、該重心位置に対する各ばね部材の相対位置に
基づいてばね定数を設定する。
【0029】アクチュエータが不作動である場合の外力
等に対する微動ステージの安定性を向上させ、ステージ
の傾きによるかじり、損傷のおそれのない高性能なステ
ージ装置を実現できる。
【0030】このようなステージ装置を用いることで、
露光装置の転写性能と生産性を向上させ、半導体デバイ
ス等の低価格化に貢献できる。
【0031】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
【0032】図1は第1の実施の形態による露光装置の
ステージ装置を示すもので、これは、基板であるウエハ
1 あるいはレチクルを保持する保持面1aを有する微
動ステージ1と、図示しない大ストロークの移動機構を
有する粗動ステージ2と、粗動ステージ2と微動ステー
ジ1の間に配設された自重補償手段である第1ないし第
3のばね部材3a〜3cと、第1ないし第3のアクチュ
エータであるリニアモータ4a〜4cを有し、各リニア
モータ4a〜4cは、粗動ステージ2上に固定された固
定子41a〜41cと、これらに対向するように微動ス
テージ1の下面に固定された可動子42a〜42cによ
って構成される。
【0033】各リニアモータ4a〜4cの固定子41a
〜41cと可動子42a〜42cの間に作用するローレ
ンツ力によって、微動ステージ1の鉛直方向の位置制御
が行なわれ、図示しない露光手段である投影光学系の像
面近傍にウエハW1 を位置決めする。このとき、微動ス
テージ1の自重は、前記3個のばね部材3a〜3cによ
って相殺され、微動ステージ1の姿勢補償も3個のばね
部材3a〜3cによって行なわれる。
【0034】微動ステージ1は、レーザ干渉計等によっ
て微動ステージ1の位置を検出するための一対のバーミ
ラー10を有し、微動ステージ1の位置情報を粗動ステ
ージ2の図示しないアクチュエータにフィードバックす
る制御系が設けられる。
【0035】第1ないし第3のばね部材3a〜3cは、
それぞれ微動ステージ1の中心点Oから等距離rの円周
上で120度の角度をおいた位置Z1 〜Z3 を支えてい
る。一方、微動ステージ1の重心点Gは、バーミラー1
0などの影響により、前記微動ステージ1の中心点Oに
対して+Xおよび+Y方向にずれた位置にある。
【0036】従って、3個のばね部材3a〜3cのばね
定数が同じであれば、中心点Oから等距離rの円周上で
120度の角度の等間隔にある位置Z1 〜Z3 において
微動ステージ1を支えている各ばね部材3a〜3cの復
元力の合力は、中心点Oに作用することになり、微動ス
テージ1の重心点Gのまわりに回転モーメントを発生さ
せる。
【0037】そこで、このような回転モーメントによる
微動ステージ1の傾きを防ぐために、各リニアモータ4
a〜4cが非駆動で微動ステージ1が静的なつりあい状
態にあるときの各ばね部材3a〜3cの復元力の合力の
作用点が、微動ステージ1の重心点Gに一致するよう
に、3個のばね部材3a〜3cのばね定数の比を図1の
相対的位置関係から求めて、この比を満たし、かつ自重
による微動ステージ1の変位が適切な量となるように各
ばね部材3a〜3cのばね定数を設定する。
【0038】すなわち、図1に示した位置に重心点Gが
ある場合は、第1ないし第3のばね部材3a〜3cの重
心点Gに対する相対位置に基づいて設定された各ばね部
材3a、3b、3cのばね定数k1、k2、k3の間に
は以下の関係が成立する。k1>k3>k2
【0039】第1ないし第3のリニアモータ4a〜4c
は、微動ステージ1の各点Z1 〜Z 3 近傍のZ方向変位
を計測する位置センサによって、微動ステージ1のZ並
進(鉛直方向)およびピッチング、ローリング方向の位
置決め制御を行なう。
【0040】本実施の形態によれば、微動ステージのリ
ニアモータは、粗動ステージの加減速中においても重心
のずれに起因したモーメント力に対抗する力を発生すれ
ばよいから、ローレンツ力によって重力補償も行なう場
合に比べて、リニアモータに発生する熱量を格段に低く
抑えることができる。
【0041】さらに、例えば微動ステージのサーボが不
作動状態であるときに微動ステージに何らかの要因で外
力が加わったり、ウエハ交換等のようにリニアモータに
よる位置制御によって微動ステージを−Z方向へ押し下
げる動作をしている状態で、非常停止などが発生し、位
置制御が切れてしまったときでも、従来例のようにばね
定数が等しいばね部材による自重補償を行なった場合に
生じるステージのかじりや破損等を極めて効果的に防ぐ
ことができる。
【0042】なお、ばね部材としては、図1に示すコイ
ルばねの外に、板ばね等他のばね部材を用いてもよい。
【0043】図2は第2の実施の形態を示すもので、こ
れは、第1の実施の形態における第1ないし第3のばね
部材3a〜3cの替わりに、第1ないし第3の空気圧シ
リンダ23a〜23cを設けて、各空気圧シリンダ23
a〜23cによって発生する微動ステージ1に対する浮
上量が、ちょうどウエハW2 が像面近傍に来るように、
圧力調整手段24a〜24cによって、各空気圧シリン
ダ23a〜23cの圧力を調整するように構成したもの
である。微動ステージ1、粗動ステージ2、リニアモー
タ4a〜4c、バーミラー10等は第1の実施の形態と
同様であるから同一符号で表わし、説明は省略する。
【0044】各空気シリンダ23a〜23cのばね定数
である圧力比の算出方法は、第1の実施の形態における
ばね部材のばね定数比の場合と同様である。
【0045】すなわち、第1ないし第3の空気圧シリン
ダ23a〜23cは、ばね定数の異なる3個のコイルば
ね等のばね部材と同じ働きをする。
【0046】本実施の形態においても、微動ステージの
リニアモータは、粗動ステージの加減速中においても重
心のずれに起因したモーメント力に対抗する力を発生す
ればよいから、ローレンツ力によって重力補償も行なう
場合に比べて、リニアモータに発生する熱量を格段に低
く抑えることができる。
【0047】さらに、例えば微動ステージのサーボが不
作動状態で、微動ステージに何らかの要因で外力が加わ
ったり、ウエハ交換等のようにリニアモータによる位置
制御によって微動ステージをZ方向へ押し下げる動作を
している状態で、非常停止などが発生し、位置制御が切
れてしまったときでも、従来例のようなステージのかじ
りや破損を防ぐことができる。
【0048】なお、磁気手段である磁石や電磁石等を、
ばね部材や空気圧シリンダ等と併用し、微動ステージの
自重補償の一部もしくは全てを行なう場合であっても、
上記と同様に微動ステージの重心位置に基づいてばね定
数等の比率を設定することで、微動ステージを安定化
し、破損等を防ぐことができる。
【0049】次にデバイス製造方法の実施例を説明す
る。図3は半導体デバイス(ICやLSI等の半導体チ
ップ、あるいは液晶パネルやCCD等)の製造フローを
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原版であるマスク(レチク
ル)を製作する。ステップ3(ウエハ製造)ではシリコ
ン等の材料を用いて基板であるウエハを製造する。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。ステップ5(組
立)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。
【0050】図4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、前述の基板処理方法によ
って、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。
【0051】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。
【0052】少なくとも3個のばね部材を用いて微動ス
テージの自重補償等を行なうことで、ローレンツ力を利
用したアクチュエータであるリニアモータ等の駆動量を
低減し、発熱を抑えて熱変形による露光精度等の劣化を
回避するとともに、ばね部材の復元力による回転モーメ
ントの発生を防ぎ、ステージの位置制御が切れたときに
かじりや損傷等のトラブルを生じるおそれのない安定性
の高い微動ステージを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態による露光装置のステージ装
置を示すもので、(a)はその平面図、(b)は立面図
である。
【図2】第2の実施の形態によるステージ装置を示すも
ので、(a)はその平面図、(b)は立面図である。
【図3】半導体製造工程を示すフローチャートである。
【図4】ウエハプロセスを示すフローチャートである。
【図5】一従来例によるステージ装置を示すもので、
(a)はその平面図、(b)は立面図である。
【符号の説明】
1 微動ステージ 2 粗動ステージ 3a〜3c ばね部材 4a〜4c リニアモータ 10 バーミラー 23a〜23c 空気圧シリンダ 24a〜24c 圧力調整手段

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 保持面を有する微動ステージと、該微動
    ステージの自重および姿勢またはそのうちの一方を補償
    する少なくとも3個のばね部材を備えた自重補償手段
    と、前記微動ステージを鉛直方向に駆動するアクチュエ
    ータを有し、前記3個のばね部材のそれぞれのばね定数
    が、静的なつりあい状態にあるときの前記微動ステージ
    の重心に対する各ばね部材の相対位置に基づいて設定さ
    れていることを特徴とするステージ装置。
  2. 【請求項2】 ばね部材がコイルばねであることを特徴
    とする請求項1記載のステージ装置。
  3. 【請求項3】 ばね部材が空気圧シリンダであることを
    特徴とする請求項1記載のステージ装置。
  4. 【請求項4】 ばね部材が板ばねであることを特徴とす
    る請求項1記載のステージ装置。
  5. 【請求項5】 自重補償手段が、少なくとも3個のばね
    部材と磁気手段を備えていることを特徴とする請求項1
    ないし4いずれか1項記載のステージ装置。
  6. 【請求項6】 アクチュエータがリニアモータを有する
    ことを特徴とする請求項1ないし5いずれか1項記載の
    ステージ装置。
  7. 【請求項7】 請求項1ないし6いずれか1項記載のス
    テージ装置によって基板を位置決めし、露光手段によっ
    て露光することを特徴とする露光装置。
  8. 【請求項8】 請求項1ないし6いずれか1項記載のス
    テージ装置によってレチクルを位置決めすることを特徴
    とする露光装置。
  9. 【請求項9】 請求項7または8記載の露光装置によっ
    て基板を露光する工程を有するデバイス製造方法。
JP2000180792A 2000-06-16 2000-06-16 ステージ装置、露光装置およびデバイス製造方法 Expired - Fee Related JP3720680B2 (ja)

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