JP2003209043A

JP2003209043A - ステージ装置及びその制御方法並びに露光装置

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Publication number: JP2003209043A
Application number: JP2002006742A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ogata; 全尾形
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2003-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ステージの高速化によるステージ天板の温度変
動を抑え、ベースラインの変動を最小限に抑えることを
可能とする。【解決手段】レチクルステージ天板とレチクルステージ
ガイド１ａを有し、ステージガイド上をステージ天板が
移動するステージ装置において、レチクルステージガイ
ド１ａの裏側には、複数のヒータ４ａ〜９ａが設けられ
ている。また、このレチクルステージガイド１ａには、
当該ステージガイドの温度を複数箇所で計測するための
複数の温度センサ２ａ、１０ａ、１１ａが設けられてい
る。温度制御装置３ｃは、温度センサによる温度計測の
結果に基づいてレチクルステージガイド１ａの温度を一
定に保つように複数のヒータ４ａ〜９ａを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステージ装置及び
その方法、並びに該ステージ装置を用いた露光装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一括露光方式の露光装置（ステッパ）で
は、投影光学系がレンズによって構成されている場合、
結像領域は円形状となる。しかしながら、半導体集積回
路は一般的に矩形形状であるため、一括露光の場合の転
写領域は、投影光学系の有する円の結像領域に内接する
矩形の領域となる。従って、最も大きな転写領域でも円
の直径の１／√２の辺の正方形である。

【０００３】これに対して、投影光学系の有する円形状
の結像領域のほぼ直径の寸法を有するスリット形状の露
光領域を用いて、レチクルとウエハとを同期させながら
走査移動させることによって、転写領域を拡大させる走
査露光方式（ステップアンドスキャン方式）が提案され
ている。この方式では、同一の大きさの結像領域を有す
る投影光学系を用いた場合、投影レンズを用いて各転写
領域ごとに一括露光を行なうステップアンドリピート方
式に比べてより大きな転写領域を確保することができ
る。すなわち、走査方向に対しては光学系による制限が
なくなるので走査ステージのストローク分だけ走査領域
の寸法を確保することができる。また、走査方向に対し
て直角な方向には上記スリットの寸法、即ち、一括露光
方式の走査領域の概ね√２倍の寸法（円形状の結像領域
のほぼ直径の寸法）を確保することができる。

【０００４】半導体集積回路を製造するための露光装置
は、高い集積度のチップの製造に対応するために、転写
領域の拡大と解像力の向上が望まれている。より小さい
投影光学系を採用できることは、光学性能上からも、コ
スト的にも有利であり、ステップアンドスキャン方式の
露光方法は、今後の露光装置の主流として注目されてい
る。

【０００５】一方、近年半導体素子の製造においては、
製造コストを下げることが要求されている。その為に、
装置のデバイスの生産性の指標のひとつである、装置の
単位時間あたりのウエハ処理枚数、スループットを上げ
ることを強く要求されてきている。

【０００６】上記要求を満足するためには、ステージの
移動速度を上げることが必須である。よって、近年のス
テージはステージ速度の高速化、高精度化が要求されて
いる。これらの要求の実現と、メンテナンスフリーの為
に、エアーベアリングと駆動機構としてリニアモーター
を用いたエアーベアリングステージが一般的になり、こ
のエアーベアリングの与圧を確保する為に、移動ステー
ジ天板裏面に与圧磁石が配置されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、与圧磁
石が設けられた移動ステージの移動に伴い、この与圧磁
石から発生してステージガイドを通る磁束が変化し、ス
テージガイドに誘導起電力が発生する。この結果、ステ
ージガイドに誘導電流が流れ、発熱する。Ｗ＝Ｋ×ｖ² Ｗ：wattage、ｖ：velocity、Ｋ＝coef
ficient この発熱により、ステージガイドとのエアーギャップを
介してステージ天板の温度が変動する。

【０００８】ステージ天板の温度が変動すると、ステー
ジ天板上の基準プレートと干渉計用ミラー間の距離が変
動し、ベースラインが変動する。このことにより、ウエ
ハパターンの重ね合わせ露光による、ウエハ間のシフト
（位置ずれ）現象が発生する。位置ずれの発生したデバ
イスは不良品となり、歩留まりが悪化し、ひいては、生
産性の低下につながる。

【０００９】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、ステージの高速化による、ステージ天板の温度変
動を抑え、ベースラインの変動を最小限に抑えることを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるステージ装置は以下の構成を備える。
即ち、ステージ天板とステージガイドを有し、ステージ
ガイド上をステージ天板が移動するステージ装置であっ
て、前記ステージガイドの前記ステージ天板と対向する
面の裏側に設けられた複数のヒータと、前記ステージガ
イドの温度を計測する計測手段と、前記計測手段による
温度計測の結果に基づいて前記ステージガイドの温度を
一定に保つように前記複数のヒータを制御する制御手段
とを備える。

【００１１】また、上記の目的を達成するための本発明
によるステージ装置の制御方法は、ステージ天板とステ
ージガイドを有し、ステージガイド上をステージ天板が
移動し、前記ステージガイドの前記ステージ天板と対向
する面の裏側に設けられた複数のヒータと前記ステージ
ガイドの温度を計測する計測手段とを具備するステージ
装置の制御方法であって、前記計測手段による温度計測
値を入力する入力工程と、前記入力された温度計測値に
基づいて前記ステージガイドの温度を一定に保つように
前記複数のヒータを制御する制御工程とを備える。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の好適な実施形態を説明する。

【００１３】以下の実施形態では、高精度な同期露光走
査を実現する為のウエハステージまたはレチクルステー
ジ制御系の動的な目標値を生成する手段を備える（ステ
ージの移動目標値が動的に変化する）走査型露光装置に
おいて、上述したステージ天板（本実施形態ではレチク
ルステージ天板）の温度変化を抑え、ショット位置ずれ
を防止できる走査型露光装置について説明する。

【００１４】まず、本実施形態の概要を説明する。上述
したように、レチクルステージ天板が移動（スキャン）
することにより、レチクルステージ天板に装着されてい
る与圧磁石からの磁束が変化する。これにより、レチク
ルステージガイドに誘導電流が流れて発熱し、レチクル
ステージ天板とレチクルステージガイドとの間に構成さ
れている、エアーベアリングの空気層を伝達してレチク
ルステージ天板の温度が上昇する。そして、レチクルス
テージ天板の雰囲気の環境温度状態とバランスがとれた
状態で温度が飽和し、飽和温度となる。即ち、この飽和
温度とは、ステージ移動に伴うステージ天板の発熱によ
るステージ環境雰囲気での最高温度であり、ステージ環
境雰囲気温度の影響も受けて決まるものである。

【００１５】本実施形態では、この飽和温度になるよう
に、あらかじめ温度調節機能によりレチクルステージガ
イドを温調しておく。

【００１６】その後、レチクルステージのスキャンが開
始されると、熱がレチクルステージガイドに印加されて
いく。これに対して、温度調節機能はレチクルステージ
ガイドに装着されている温度計測部により温度変化を検
知し、Ｐ．Ｉ．Ｄ制御により温度調節を行なってレチク
ルステージガイドの温度を一定、即ち上記飽和温度に保
つ（この場合、シートヒータへの出力値を減少させてい
く）。

【００１７】また、レチクルステージ天板自体はステー
ジガイドを空冷する効果があるので、ステージ天板の移
動に伴いステージガイドは温度分布を持つ。温度調節機
能はこのような温度分布も均一になるように機能する。

【００１８】ステージガイドの温度分布を一定にするこ
とにより、レチクルステージ天板がステージガイド上の
どの位置にあっても、その温度を一定にかつ均一に温調
することができる。レチクルステージ天板とレチクルス
テージガイドとの間に構成されているエアーベアリング
の空気層を伝達してレチクル天板にステージガイドの均
一な温度が伝達されるからである。その結果、レチクル
ステージ天板上に構成される、基準プレートと干渉計用
ミラー間の距離の変化が減少し、ベースラインの変動が
抑えられ、ウエハパターンの重ね合わせ露光による、ウ
エハ間のシフト（位置ずれ）現象が低減される。

【００１９】以下、添付図面を参照して、本実施形態に
ついて詳細に説明する。図１は本実施得形態に係る露光
装置を側方から見た様子を模式的に示す図であり、図２
は、その露光装置の外観を示す斜視図である。これらの
図に示すように、本実施形態の露光装置は、レチクルス
テージ４上の原版のパターンの一部を投影光学系２を介
してウエハステージ３上のウエハに投影し、投影光学系
２に対し相対的にレチクルとウエハをＹ方向に同期走査
することによりレチクルのパターンをウエハに露光する
とともに、この走査露光を、ウエハ上の複数の転写領域
（ショット）に対して繰り返し行なうためのステップ移
動を介在させながら行なうステップ・アンド・スキャン
型の露光装置である。

【００２０】レチクルステージ１では、レチクルステー
ジ天板１ｂが、リニアモータ４によって、レチクルステ
ージガイド１ａ上をＹ方向へ駆動する。また、ウエハス
テージ３のＸステージ３ａはリニアモータ５によってＸ
方向に駆動し、Ｙステージ３ｂはリニアモータ６によっ
てＹ方向へ駆動するようになっている。レチクルおよび
ウエハの同期走査は、レチクルステージ天板１ｂおよび
Ｙステージ３ｂをＹ方向へ一定の速度比率（例えば４：
−１、なお、「−」は向きが逆であることを示す）で駆
動させることにより行なう。また、Ｘ方向へのステップ
移動はＸステージ３ａにより行なう。Ｘステージ３ａに
は不図示のＺ−チルトステージが搭載され、その上には
ウエハを保持する不図示のウエハチャックが取り付けら
れている。

【００２１】ウエハステージ３は、ステージ定盤７上に
設けられ、ステージ定盤７は３つのダンパ８を介して３
点で床等の上に支持されている。レチクルステージ１お
よび投影光学系２は鏡筒定盤９上に設けられ、鏡筒定盤
９は床等に載置されたベースフレーム１０上に３つのダ
ンパ１１および支柱１２を介して支持されている。ダン
パ８は６軸方向にアクティブに制振もしくは除振するア
クティブダンパであるが、パッシブダンパを用いてもよ
く、あるいはダンパを介せずに支持してもよい。

【００２２】また、この露光装置は、鏡筒定盤９とステ
ージ定盤７との間の距離を３点において測定するレーザ
干渉計、マイクロエンコーダ等の距離測定手段１３を備
えている。投光器２１と受光器２２は、ウエハステージ
３上のウエハが投影光学系２のフォーカス面に位置して
いるか否かを検出するためのフォーカスセンサを構成し
ている。すなわち、鏡筒定盤９に固定された投光器２１
によりウエハに対して斜め方向から光を照射し、その反
射光の位置を受光器２２によって検出することにより投
影光学系２の光軸方向のウエハ表面の位置が検出され
る。

【００２３】図１の装置においては、図示しないレーザ
干渉計光源から発せられた光がレチクルステージ用Ｙ方
向レーザ干渉計２４に導入される。そして、Ｙ方向レー
ザ干渉計２４に導入された光は、レーザ干渉計２４内の
ビームスプリッタ（不図示）によってレーザ干渉計２４
内の固定鏡（不図示）に向かう光とＹ方向移動鏡２６に
向かう光とに分けられる。Ｙ方向移動鏡２６に向かう光
は、Ｙ方向測長光路２５を通ってレチクルステージ天板
１ｂに固設されたＹ方向移動鏡２６に入射する。ここで
反射された光は再びＹ方向測長光路２５を通ってレーザ
干渉計２４内のビームスプリッタに戻り、固定鏡で反射
された光と重ね合わされる。このときの光の干渉の変化
を検出することによりＹ方向の移動距離を測定する。こ
のようにして計測された移動距離情報は、図示しない走
査制御装置にフィードバックされ、レチクルステージ１
の走査位置の位置決め制御がなされる。Ｙステージ３ｂ
も、同様に、ウエハステージ用Ｙ方向レーザ干渉計２３
による測長結果に基づいて走査位置の位置決め制御がな
される。

【００２４】上記の構成において、不図示の搬送手段に
より、装置前部の２つの支柱１２間の搬送経路を経てウ
エハステージ３上にウエハが搬入され、所定の位置合せ
が終了すると、露光装置は、走査露光およびステップ移
動を繰り返しながら、ウエハ上の複数の露光領域に対し
てレチクルのパターンを露光転写する。走査露光に際し
ては、レチクルステージ１およびＹステージ３ｂをＹ方
向（走査方向）へ、所定の速度比で移動させて、スリッ
ト状の露光光でレチクル上のパターンを走査するととも
に、その投影像でウエハを走査することにより、ウエハ
上の所定の露光領域に対してレチクル上のパターンを露
光する。

【００２５】走査露光中、ウエハ表面の高さは上記のフ
ォーカスセンサ（２１、２２）で計測され、その計測値
に基づきウエハステージ３の高さとチルトがリアルタイ
ムで制御され、フォーカス補正が行なわれる。１つの露
光領域に対する走査露光が終了したら、Ｘステージ３ａ
をＸ方向へ駆動してウエハをステップ移動させることに
より、他の露光領域を走査露光の開始位置に対して位置
決めし、再び走査露光を行なう。なお、このＸ方向への
ステップ移動と、Ｙ方向への走査露光のための移動との
組合せにより、ウエハ上の複数の露光領域に対して、順
次効率良く露光が行なえるように、各露光領域の配置、
Ｙの正または負のいずれかへの走査方向、各露光領域へ
の露光順等が設定されている。

【００２６】図３はレチクルステージガイド１ａ（レチ
クルステージ定盤）を裏面から見た模式図である。２
ａ，１０ａ，１１ａは温度センサであり、温度制御に用
いられる。本実施形態では温度センサをレチクルステー
ジガイド１ａの裏面の３箇所に設けている。また、４
ａ，５ａ，６ａ，７ａ，８ａ，９ａは、レチクルステー
ジガイド１ａの温度を調整するためのシートヒータ（シ
ート状のヒータまたはフィルム状の物でもよい）であ
る。本実施形態では、レチクルステージガイド１ａの裏
面にシートヒータを６枚装着している。３ｃは温度制御
装置であり、シートヒータ４ａ，５ａ，６ａ，７ａ，８
ａ，及び９ａによる加熱を、温度センサ２ａ，１０ａ，
１１ａによる温度計測結果に基づいて制御する。

【００２７】図４は本実施形態による温度制御装置の構
成を説明するブロック図である。本実施形態の温度制御
装置はＰＩＤコントローラ３１〜３６を備え、それぞれ
シートヒータ６ａ，９ａ，５ａ，８ａ，４ａ，７ａを制
御する。ＰＩＤコントローラ３１及び３２は、温度セン
サ２ａからの温度計測結果を入力して、その温度が目標
値に保たれるように、それぞれシートヒータ６ａ及び９
ａを制御する。本実施形態では、飽和温度を目標値と
し、常に飽和温度に保たれるようにシートヒータを制御
する。ＰＩＤコントローラ３３及び３４は、温度センサ
１０ａからの温度計測結果を入力して、その温度が目標
値に保たれるように、それぞれシートヒータ５ａ及び８
ａを制御する。同様に、ＰＩＤコントローラ３５及び３
６は、温度センサ１１ａからの温度計測結果を入力し
て、その温度が目標値に保たれるように、それぞれシー
トヒータ４ａ及び７ａを制御する。

【００２８】こうして、シートヒータ６ａ及び９ａは温
度センサ２ａの温度計測結果に基づいて、シートヒータ
５ａ及び８ａは温度センサ１０ａの温度計測結果に基づ
いて、シートヒータ４ａ及び７ａは温度センサ１１ａの
温度計測結果に基づいて制御される。つまり、６枚のシ
ートヒータを３組に分けて３個の温度センサで制御する
ことにより、レチクルステージガイドの３ヶ所のエリア
の温度を独立に制御することができる。なお、上記の例
ではＰＩＤコントローラを用いてシートヒータを制御し
ているが、ＣＰＵが、入力された目標値と温度計測結果
を用いて所定の演算処理を行なって、シートヒータを制
御するようにしてもよい。

【００２９】このことにより、レチクルステージ天板１
ｂの静止位置の違いによる天板の温度変化を抑え、レチ
クルステージガイド１ａの温度を均一に保つことができ
る。また、温度センサにより得られた温度変化を検知
し、温度制御装置３ｃはＰ．Ｉ．Ｄ制御によりシートヒ
ータへの出力を調節（レチクルステージ駆動開始時は出
力値を減少させていく）して、ステージガイドの温度を
一定に保つ。こうしてレチクルステージガイド１ａは、
均一に且つ一定の温度に保たれる。

【００３０】このように、ステージ天板の移動により、
発生するステージガイドの温度ムラを複数箇所に設け
た、シート状のヒータを個別に制御することにより、ス
テージガイドの温度が均一に保たれる。こうして、ステ
ージガイドの温度を一定にかつ、温度分布が最小限にな
る様に制御することにより、ステージ天板とステージガ
イドとの間に構成されているエアーベアリングの空気層
を伝達してレチクル天板の温度を一定にかつ均一に温調
することができる。

【００３１】なお、上記実施形態では３個の温度センサ
を用いたが、レチクルステージガイドの中央部に１個の
温度センサ（たとえば温度センサ１０ａのみ）を設けた
構成としてもよい。この場合、レチクルステージガイド
の１ヶ所についてしか温度を得ることができないので、
温度分布を得ることはできないが、レチクルステージ天
板１ｂの静止位置に基づいて温度分布を推定することが
できる。従って、６本のシートヒータに入力される電圧
を独立に固定値として調整できるようにしておけば、レ
チクルステージ天板１ｂの静止位置による温度分布を小
さく抑えることができる。もちろん、複数の温度センサ
による計測値と、ステージ天板の位置による温度分布の
推定を併用してもよい。

【００３２】また、シートヒータ４ａ〜９ａは、レチク
ルステージガイド１ａ（定盤）以外の空間へは熱を極力
与えないように、各ヒータの表面に断熱材を装着するの
が好ましい。

【００３３】また、シートヒータの数は本説明では６本
としたが、任意の数で構成されるものであってよい。温
度センサの数も１個以上のセンサーで温度コントロール
する構成であればよい。

【００３４】また、上記実施形態ではレチクルステージ
について説明したが、ウエハステージにも同様に適用可
能であることは明らかである。また、露光装置に限ら
ず、各種装置におけるステージ装置として適用可能であ
ることは明らかである。

【００３５】以上のように本実施形態によれば、次のよ
うな効果が得られる。すなわち、スループットアップに
伴うウエハステージの速度、加速度の増加により、レチ
クルステージ天板、またはウエハステージ天板の移動速
度が速くなり、それに伴い天板に装着されている与圧磁
石の磁束変化が増大し、レチクルステージガイド、また
はウエハステージガイドの発熱量が増加する傾向にあ
る。ステージガイドの発熱はステージ天板に温度変動を
もたらし、天板上に設けられている基準プレートと干渉
計用ミラー間の距離の変化、即ちベース変動の原因とな
る。これに対して、本実施形態では、ステージ天板の移
動に伴ってこの発熱による温度変動を抑える為にレチク
ルステージガイドまたはウエハステージガイドに温度調
節機構を設け、レチクルステージ天板またはウエハステ
ージ天板の温度を均一かつ一定に保つ。これにより、ス
テージ天板の温度変動による天板の熱膨張を抑えること
ができ、レチクルステージ天板上に構成される、基準プ
レートと干渉計用ミラー間の距離の変化を減少させ、ひ
いてはベースライン変動を抑えることができる。その結
果、ウエハの重ね合わせ精度を劣化することなく、ステ
ージの移動速度を速くすることが可能となり、スループ
ットの向上が可能となり、デバイスの生産効率を向上す
ることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ステージの高速化によるステージ天板の温度変動を抑
え、ベースラインの変動を最小限に抑えることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態による露光装置の全体構成を概略的に
示す図である。

【図２】図１の露光装置の外観を示す斜視図である。

【図３】実施形態による温度制御機構を説明する図であ
って、レチクルステージガイド（レチクルステージ定
盤）を裏面から見た模式図である。

【図４】温度制御機構の信号処理系の構成を示すブロッ
ク図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステージ天板とステージガイドを有し、
ステージガイド上をステージ天板が移動するステージ装
置であって、前記ステージガイドの前記ステージ天板と対向する面の
裏側に設けられた複数のヒータと、前記ステージガイドの温度を計測する計測手段と、前記計測手段による温度計測の結果に基づいて前記ステ
ージガイドの温度を一定に保つように前記複数のヒータ
を制御する制御手段とを備えることを特徴とするステー
ジ装置。
【請求項２】前記計測手段は、前記ステージガイドの
複数箇所の温度を計測する複数の温度センサを含み、前記制御手段は、前記計測手段による複数箇所の温度計
測結果に基づいて、前記ステージガイドの全体の温度を
均一で且つ一定に保つように前記複数のヒータを制御す
ることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項３】前記制御手段は、前記温度計測手段によ
る温度計測値と目標温度値を入力し、前記複数のヒータ
をＰＩＤ制御することを特徴とする請求項１または２に
記載のステージ装置。
【請求項４】前記制御手段は、前記ステージ天板の位
置に基づいて前記ステージガイドにおける温度分布を推
定し、温度分布を均一にするよう前記複数のヒータを制
御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記
載のステージ装置。
【請求項５】前記複数のヒータは、シート状のヒータ
であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記
載のステージ装置。
【請求項６】前記複数のヒータは断熱材を具備してい
ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の
ステージ装置。
【請求項７】ステージ天板とステージガイドを有し、
ステージガイド上をステージ天板が移動し、前記ステージガイドの前記ステージ天板と対向する面の
裏側に設けられた複数のヒータと前記ステージガイドの
温度を計測する計測手段とを具備するステージ装置の制
御方法であって、前記計測手段による温度計測値を入力する入力工程と、前記入力された温度計測値に基づいて前記ステージガイ
ドの温度を一定に保つように前記複数のヒータを制御す
る制御工程とを備えることを特徴とするステージ装置の
制御方法。
【請求項８】前記計測手段は、前記ステージガイドの
複数箇所の温度を計測する複数の温度センサを含み、前記制御工程は、前記計測手段による複数箇所の温度計
測結果に基づいて、前記ステージガイドの全体の温度を
均一で且つ一定に保つように前記複数のヒータを制御す
ることを特徴とする請求項７に記載のステージ装置の制
御方法。
【請求項９】前記制御工程は、前記温度計測手段によ
る温度計測値と目標温度値を入力し、前記複数のヒータ
をＰＩＤ制御することを特徴とする請求項７または８に
記載のステージ装置の制御方法。
【請求項１０】前記制御工程は、前記ステージ天板の
位置に基づいて前記ステージガイドにおける温度分布を
推定し、温度分布を均一にするよう前記複数のヒータに
入力される電圧を独立に固定値として調整することを特
徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のステージ装
置の制御方法。
【請求項１１】請求項１乃至６のいずれかに記載のス
テージ装置をレチクルステージとして適用したことを特
徴とする露光装置。
【請求項１２】請求項１乃至６のいずれかに記載のス
テージ装置をウエハステージとして適用したことを特徴
とする露光装置。