JP2004187498A - リニアモータ、これを用いたステージ装置、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リニアモータのコイル列を冷却する冷却ジャケットに渦電流等が発生して、駆動効率が低下するのを防ぐ。
【解決手段】ウエハステージのＹリニアモータ４０の可動子４１は、互に対向する一対の磁石４１ａを有し、固定子４２を貫通させる開口を有する中空枠体である。固定子４２は、冷却ジャケット４２ｂに内蔵されたコイル列４２ａを有し、冷却ジャケット４２ｂの流路４２ｄを流動する冷媒によってコイル列４２ａの各コイルを冷却する。冷却ジャケット４２ｂをセラミック等の絶縁体によって構成することで、冷却ジャケットの渦電流による粘性抵抗をなくす。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体露光装置や形状計測装置等のＸＹステージあるいは高精度加工機等の精密位置決め装置に用いられるリニアモータ、これを用いたステージ装置、露光装置およびデバイス製造方法に関するものである。

半導体製造用の露光装置や形状計測装置あるいは高精度加工機等においては、露光されるウエハ等の被加工物や被測定物等を高精度でしかも迅速に位置決めすることが要求される。そこで位置決め精度と応答性にすぐれたリニアモータを駆動部とするＸＹステージ等の開発が進んでいる。

図７は一般的な縮小投影型の露光装置を示すもので、これは、ウエハＷを位置決めするためのウエハステージ（ＸＹステージ）Ｅと、その上方に配設された投影光学系Ａ、レチクルステージＢおよび光源光学系Ｃ等を有し、光源光学系Ｃから発生された露光光は、レチクルステージＢ上のレチクルを透過して投影光学系ＡによってウエハＷに結像し、前記レチクルのパターンをウエハＷに転写する。

ウエハステージＥは、投影光学系ＡやレチクルステージＢを支持する本体フレームＤを立設した定盤１１０上に配設され、定盤１１０を支持するベースＧと床面Ｆとの間には除振装置Ｈが設けられる。

ウエハステージＥの位置は、レーザ干渉計Ｊによって計測され、ウエハステージＥの制御系にフィードバックされる。また、光源光学系Ｃは、直接床面Ｆに立設された光源支持体Ｋに支持される。

ウエハステージＥは、定盤１１０上をＹ軸方向に往復移動自在であるＹステージと、Ｙステージ上をＸ軸方向に往復移動自在であるＸステージと、ＹステージをＹ軸方向に移動させるＹ駆動部と、ＸステージをＸ軸方向に移動させるＸ駆動部等を有するＸＹステージである。

ＹステージおよびＸステージをそれぞれ移動させるＹ駆動部およびＸ駆動部は、図６に示すリニアモータ１４０を有する。これは、Ｙステージや、Ｘステージと一体的に結合された可動子１４１と、その開口部を貫通する固定子１４２を備えており、固定子１４２は、一列に配列されたコイル列１４２ａとこれを支持する支持体１４２ｂを有し、可動子１４１は、互に対向する磁石１４１ａを保持する一対の鉄板（ヨーク）１４１ｂと、これらの両端に固着された一対のアルミ板１４１ｃからなる中空枠体である。

リニアモータ１４０の固定子１４２のコイル列１４２ａの各コイルに電流を供給すると、ローレンツ力による推力が発生し、可動子１４１をコイル列１４２ａに沿って移動させる。

しかしながら上記従来の技術によれば、前述のようにコイル列に電流を供給してリニアモータを駆動すると、コイルの発熱によって周囲の構造体や雰囲気が加熱され、このために、ＸＹステージの位置決め精度が著しく低下する。

詳しく説明すると、リニアモータのコイルから発生した熱の一部分はコイル列の支持体を経て露光装置の本体フレーム等の構造体に伝わり、これを熱変形させる。また、コイルの熱の残りは周囲の雰囲気を加熱してレーザ干渉計のレーザ光の光路にゆらぎを発生させ、このためにレーザ干渉計の測定値に誤差を生じる。

ナノメートル（ｎｍ）オーダの位置決め精度が要求される半導体露光装置のＸＹステージにおいては、リニアモータの周囲の構造体が、例えば長さ１００ｍｍの低熱膨張材（熱膨張係数１×１０^-6）であったとすれば、１℃の温度変化によって１００ｎｍの熱変形を生じるため、上記のようなリニアモータの発熱は、必要な位置決め精度を得るうえでの大きな障害となる。

また、レーザ干渉計のレーザ光の光路の雰囲気の温度が１℃変化しただけでも、測定値に１００ｎｍの誤差が発生することも実験によって判明している。

このように、リニアモータの発熱によって周囲の構造体や雰囲気が昇温することに起因するトラブルに加えて、ＸＹステージ上のウエハ等被加工物や被測定物自体も加熱されて熱歪を発生し、このために加工精度や測定精度が劣化するおそれもある。

そこで、リニアモータのコイルを強制冷却する冷却ジャケット等を設けて、コイルの発熱による位置決め精度の劣化等を回避する工夫もなされているが、冷却ジャケット等が非絶縁体によって構成されていると、リニアモータ可動子の磁石やヨークの移動に伴なって渦電流が発生し、リニアモータの駆動力に抗して作用するいわゆる粘性抵抗が増大する。その結果、リニアモータの駆動効率が著しく低下するという未解決の課題がある。
特開平６−２５４７３４号公報

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、リニアモータのコイル列を覆う冷却ジャケットに渦電流等が発生して駆動効率が低下するおそれのないリニアモータ、これを用いたステージ装置、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。

上記の目的を達成するため、本発明のリニアモータは、磁石を有する可動子と、冷却ジャケットに覆われたコイル列を有する固定子を有し、前記磁石に対向する前記コイル列のコイル面に沿って、発生するローレンツ力によって前記可動子を前記固定子に対して移動するリニアモータにおいて、前記冷却ジャケットは絶縁体で形成されていることを特徴とする。

また、前記冷却ジャケットは、前記コイル列を両側から挟み込んで支持する一対の絶縁体で形成された冷却板を有することを特徴とするものでもよい。

さらに、前記絶縁体がセラミックであるものでもよい。

加えて、前記磁石が、前記コイル列の両側に設けられていることを特徴とするものでもよい。

本発明のステージ装置は、請求項１ないし４いずれか１項記載のリニアモータと、これによって駆動される移動ステージを有する。

また、移動ステージの位置をレーザ干渉計により測定することを特徴とするものでもよい。

本発明の露光装置は、請求項４ないし６いずれか１項記載のステージ装置と、これによって位置決めされた基板を露光する露光手段を有する。

本発明のデバイス製造方法は、ウエハに感光剤を塗布し、請求項７記載の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け露光し、露光したウエハを現像することを特徴とする。

コイル列に電流を供給してリニアモータを駆動したときに、コイル列の発熱によって周囲の雰囲気や構造体が昇温して、ステージ装置の位置決め精度等が低下するのを回避するために、冷却ジャケットによってコイル列を強制冷却する。冷却ジャケットが磁石とコイル列の間に配設されていると、磁石とコイル列の相対移動によって渦電流が発生し、いわゆる粘性抵抗が増大してリニアモータの駆動効率が低下する。そこで、コイル列を覆う冷却ジャケットを絶縁体によって構成することで渦電流の発生を防ぎ、リニアモータの駆動効率の低下を回避する。

リニアモータの発熱に起因するトラブルを防ぐことで、ステージ装置の位置決め精度を向上させ、渦電流等による駆動力の損失を回避することで、エネルギーロスを低減できる。このようなステージ装置を用いることで、露光装置等の高性能化と小形化および省力化を大きく促進できる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は一実施の形態による露光装置のウエハステージを示すもので、これは、定盤１０上をＹ軸方向に往復移動自在な移動ステージであるＹステージ２０と、Ｙステージ２０上をＸ軸方向に往復移動自在な移動ステージであるＸステージ３０と、Ｙステージ２０をＹ軸方向に移動させる一対のリニアモータであるＹリニアモータ４０と、Ｘステージ３０をＸ軸方向に移動させるリニアモータであるＸリニアモータ５０を有するステージ装置（ＸＹステージ）である。

定盤１０は、Ｙステージ２０とＸステージ３０の下面を図示しないエアパッド等を介して非接触で支持するＸＹガイド面１０ａを有する。定盤１０のＸ軸方向の一端には、Ｙステージ２０をＹ軸方向に案内するＹガイド１１が立設され、Ｙガイド１１のＹガイド面１１ａとＹステージ２０の間は、図示しないエアパッド等によって非接触に保たれており、Ｙリニアモータ４０が駆動されると、Ｙステージ２０が定盤１０のＸＹガイド面１０ａ上をＹガイド１１に沿って移動する。

Ｙステージ２０は、一対のＹスライダ２１と両者の間に配設された一対のＸガイド２２からなる長尺の枠体であり、両Ｙスライダ２１の下面が定盤１０のＸＹガイド面１０ａに面しており、前述のようにエアパッド等を介して非接触に支持される。また、一方のＹスライダ２１は他方よりＹ軸方向に長尺であり、その側面２１ａがＹガイド１１のＹガイド面１１ａに面しており、前述のようにエアパッド等を介して非接触に案内される。両Ｙスライダ２１はそれぞれ、連結板２３を介してＹリニアモータ４０の可動子４１に連結され、連結板２３はＹリニアモータ４０の可動子４１とＹステージ２０に結合されている。

Ｘステージ３０は、一対の天板３１と両者の間に配設された一対の側板３２からなる中空枠体であり、その中空部をＹステージ２０の両Ｘガイド２２とＸリニアモータ５０の固定子５２が貫通している。下方の天板３１の底面は定盤１０のＸＹガイド面１０ａに面しており、前述のようにエアパッド等を介して非接触に支持され、上方の天板３１の上面は図示しない基板であるウエハを吸着保持するウエハ保持面を形成している。

Ｘステージ３０の両側板３２の内面３２ａは、Ｙステージ２０の両Ｘガイド２２の外側面であるＸガイド面２２ａに面しており、エアパッド等によって非接触に案内される。

各Ｙリニアモータ４０は、前述のように連結板２３と一体的に結合された可動子４１と、その開口部を貫通する固定子４２を有する。固定子４２は、図２の（ａ）に破線で示すようにＹ軸方向に配列されたコイル列４２ａと、同図の（ｂ）に示すようにコイル列４２ａを両側から挟み込んで支持する一対の冷却板からなる冷却手段である冷却ジャケット４２ｂとその両端を支持する固定部材４２ｃを有し、可動子４１は、互に対向する磁石４１ａを保持する一対のヨーク４１ｂと、これらの両端に固着された一対のアルミ板４１ｃからなる中空枠体である。つまり、可動子４１の磁石４１ａはコイル列４２ａの両側に設けられている。

両Ｙリニアモータ４０の固定子４２のコイル列４２ａのコイルに電流を供給すると、可動子４１の磁石４１ａに対向するコイル面に沿ってローレンツ力による推力が発生し、Ｙステージ２０をＹ軸方向に移動させる。

Ｘステージ３０をＹステージ２０のＸガイド２２に沿って移動させるＸリニアモータ５０の可動子５１は、Ｘステージ３０の上方の天板３１の下面に固着された中空枠体であり、Ｙリニアモータ４０の可動子４１と同様に、互に対向する磁石５１ｂを保持する一対のヨークと、これらの両端に固着された一対のアルミ板からなる磁気手段である。

Ｘリニアモータ５０の固定子５２は、Ｙリニアモータ４０の固定子４２と同様に、Ｘ軸方向に配列された図示しないコイル列とこれを両側から挟み込んで支持する一対の冷却板からなる冷却ジャケット５２ｂを有し、コイル列の各コイルに電流を供給することによって、可動子５１にローレンツ力による推力が発生し、Ｘステージ３０がＹステージ２０のＸガイド２２に沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｘステージ３０上のウエハは、Ｙリニアモータ４０、Ｘリニアモータ５０等を前述のように駆動することで、ＸＹ方向に位置決めされる。このようにしてウエハの位置決めを行なったうえで、図示しない露光手段である光源光学系の露光光を照射し、その光路に配設されたレチクルを経てウエハを露光する。

各Ｙリニアモータ４０の冷却ジャケット４２ｂは、コイル列４２ａの各コイルの両側のコイル面に冷媒を流動させる流路４２ｄを形成しており、図３に示すように、冷却ジャケット４２ｂのＹ軸方向の一端に配設された一対の給水管４２ｅから流路４２ｄに冷媒を供給し、冷却ジャケット４２ｂのＹ軸方向の他端に配設された排水管４２ｆから排出する。Ｘリニアモータ５０の冷却ジャケット５２ｂもコイル列の両面に同様の流路を形成しており、同様の給水管と排水管を有する。

Ｙリニアモータ４０の冷却ジャケット４２ｂおよびＸリニアモータ５０の冷却ジャケット５２ｂを構成する冷却板は、それぞれ、絶縁体であるセラミックによって作られており、これらに沿って可動子４１，５１が移動しても、冷却ジャケット４２ｂ，５２ｂに渦電流等が発生してＹリニアモータ４０やＸリニアモータ５０の粘性抵抗を増大させるおそれはない。

各Ｙリニアモータ４０やＸリニアモータ５０のコイル列４２ａ，５２ａから発生した熱は、冷却ジャケット４２ｂ，５２ｂ内を流動する冷媒に吸収されて外部の回収装置に運ばれる。従って、Ｙリニアモータ４０やＸリニアモータ５０の発熱のために周囲の雰囲気が加熱されて、Ｙステージ２０やＸステージ３０の位置を測定するレーザ干渉計（不図示）に誤差を発生したり、あるいは、Ｙリニアモータ４０やＸリニアモータ５０の発熱のためにその周囲の定盤１０等の構造物が熱変形を起こして、ウエハステージの位置決め精度が低下する等のトラブルを効果的に回避できる。

またＹリニアモータ４０やＸリニアモータ５０の発熱のためにウエハステージ上のウエハ自体が熱歪を発生して位置決め精度が低下するのを防ぐこともできる。

加えて、前述のようにＹリニアモータ４０やＸリニアモータ５０の冷却ジャケット４２ｂ，５２ｂが絶縁体によって構成されているため、渦電流による粘性抵抗が増大してＹリニアモータ４０やＸリニアモータ５０の駆動効率が著しく損われるおそれもない。

その結果、露光装置のウエハステージ等の位置決め精度を向上させるとともにリニアモータの駆動力の損失を防ぎ、露光装置の転写精度等の向上と省力化および小形化に大きく貢献できる。

また、ＹリニアモータやＸリニアモータの冷却ジャケットが非絶縁体であれば、ＹリニアモータやＸリニアモータの駆動によって発生する渦電流が駆動速度の上昇とともに増大するため、ウエハステージ等の高速化の大きな障害となる。本実施の形態によれば、冷却ジャケットが渦電流を発生するおそれがないため、ウエハステージ等の高速化を促進できるという利点もある。

次に上記説明した露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施の形態を説明する。図４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マスクを製作する。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（組立）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。

図５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）では上記説明した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。

一実施の形態による露光装置のウエハステージを示す斜視図である。 図１の装置のＹリニアモータのみを示すもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿ってとった断面図である。 図２の装置の冷却ジャケットの外観を示す斜視図である。 半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。 ウエハプロセスを示すフローチャートである。 一従来例によるリニアモータを示すもので、（ａ）はその主要部を示す部分斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿ってとった断面図である。 露光装置全体を示す立面図である。

符号の説明

１０ 定盤
２０ Ｙステージ
３０ Ｘステージ
４０ Ｙリニアモータ
４１，５１ 可動子
４２，５２ 固定子
４２ａ コイル列
４２ｂ，５２ｂ 冷却ジャケット
５０ Ｘリニアモータ

Claims (8)

1. 磁石を有する可動子と、冷却ジャケットに覆われたコイル列を有する固定子を有し、前記磁石に対向する前記コイル列のコイル面に沿って、発生するローレンツ力によって前記可動子を前記固定子に対して移動するリニアモータにおいて、前記冷却ジャケットは絶縁体で形成されていることを特徴とするリニアモータ。
2. 前記冷却ジャケットは、前記コイル列を両側から挟み込んで支持する一対の絶縁体で形成された冷却板を有することを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
3. 前記絶縁体がセラミックであることを特徴とする請求項１または２記載のリニアモータ。
4. 前記磁石が、前記コイル列の両側に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載のリニアモータ。
5. 請求項１ないし４いずれか１項記載のリニアモータと、これによって駆動される移動ステージを有するステージ装置。
6. 移動ステージの位置をレーザ干渉計により測定することを特徴とする請求項５記載のステージ装置。
7. 請求項４ないし６いずれか１項記載のステージ装置と、これによって位置決めされた基板を露光する露光手段を有する露光装置。
8. ウエハに感光剤を塗布し、請求項７記載の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け露光し、露光したウエハを現像することを特徴とするデバイス製造方法。

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