JP2005005393A

JP2005005393A - ステージ装置、露光装置、およびデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2005005393A
Application number: JP2003165512A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Tsui; 浩太郎堆; Nobushige Korenaga; 伸茂是永; Mitsuru Inoue; 充井上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2005-01-06
Also published as: EP1486829A3; US20060082755A1; US7030964B2; EP1486829A2; US20050018166A1

Abstract

【課題】大ストローク化にも対応でき、特に電子ビーム露光装置に搭載する上で最適なステージ装置を提供する。
【解決手段】ＸＹ方向に平面を有する第１の固定ガイド１ａ、１ｃと、
第１の固定ガイドにより案内される第１の移動ガイド３（第１の移動ガイドは、Ｙ方向に延伸したＹガイド３ｆを有する）と、
ＸＹ方向に平面を有する第２の固定ガイド１ｂ、１ｄと、
第２の固定ガイドにより案内される第２の移動ガイド２（第２の移動ガイドは、Ｘ方向に延伸したＸガイド２ｆを有する）と、
前記Ｙガイド３ｆおよびＸガイド２ｆによりＸＹ方向を案内される中央移動体４と
を含むことを特徴としている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種測定器、および半導体リソグラフィ工程で用いる投影露光装置などにおいてウエハ等の基板を高速、高精度で移動、位置決めをするために用いられるステージ装置に関するものである。本発明のステージ装置は、特に、ウエハ直接描画またはマスク、レチクル露光のために、電子ビームを用いてパターン描画を行う電子ビーム露光装置や、ＥＵＶ（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ）光を露光光として使用するＥＵＶ露光装置等の真空雰囲気中で使用されるステージ装置として最適である。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置等のデバイスの製造においては、マスク上に形成された各種パターンを光でウエハ上に縮小転写するリソグラフィ技術が利用されている。このリソグラフィ技術で用いるマスクのパターンには極めて高い精度が要求され、これを作成するのに電子ビーム露光装置が使用されている。また、マスクを用いることなしにウエハ上に直接パターンを描画する場合も電子ビーム露光装置が使用されている。
【０００３】
電子ビーム露光装置には、ビームをスポット状にして使用するポイントビーム型、サイズ可変の矩形断面にして使用する可変矩形ビーム型等の装置があるが、どの構成も一般的には電子ビームを発生させる電子銃部と、そこより発せられたビームを試料上に導くための電子光学系と、電子ビームに対して全面にわたって試料を走査するためのステージ系、および電子ビームを試料面上に高精度に位置決めしていくための対物偏向器を有している。
【０００４】
対物偏向器により位置決め可能な領域は、電子光学系の収差を小さく抑えるために数ミリ程度である。これに対して、試料の大きさは例えばシリコンウエハであればφ２００〜３００ｍｍ程度あり、マスクに使用されるガラス基板では１５０ｍｍ角程度の大きさがある。従って、それら試料の全面を電子ビームに対して走査することが可能なステージを有している。
【０００５】
ところで、電子ビームの位置決め応答性は極めて高いため、ステージの機械的制御特性を高めるより、ステージの姿勢や位置ずれ量を計測し、電子ビームを走査させる偏向器によりビームの位置決めにフィードバックしたシステム構成をとることが一般的であった。さらに、ステージは、真空チャンバに設置され、かつ電子ビームの位置決めに影響を与える磁場変動を引き起こしてはいけないという拘束があったため、従来のステージは平面方向に動きさえすればよく、例えば、転がりガイドやボールネジアクチュエータといった接触型の限られた機構要素で構成されていた。
【０００６】
また、接触型では潤滑の問題や、発塵などの問題も生じる。その対応技術として、特許文献１で公開されているような真空エアガイドおよびリニアモータを用いた平面方向２自由度ステージ構成を図１０に示す。本方式（従来例１）によれば、きわめてスムーズな加速を実現でき、かつ位置決め方向に対して、ガイドからの外乱も非常に少ない。本方式において、ステージはＸスライダ（Ｘ駆動体）、Ｙスライダ（Ｙ駆動体）およびＸＹスライダ（ＸＹ移動体）より構成されており、ＸスライダおよびＹスライダはそれぞれＺ軸回転回りにラジアルベアリングにて拘束されている。
【０００７】
また、図１１に大気中で使用されるステージの例として、特許文献２に開示されているＸＹステージ（Ｘ−Ｙステージ）を示す。本方式（従来例２）において、ステージは、図１０のものと同様にＸスライダ（Ｘガイドバー２８）、Ｙスライダ（Ｙガイドバー２９）およびＸＹスライダより構成されているが、ＸスライダおよびＹスライダはＺ軸回りに拘束されていない。
【０００８】
一方、従来課題とされていたリソプロセスの高速化に対しても例えば、特許文献３のように複数の電子ビームを設計上の座標に沿って試料面に照射し、設計上の座標に沿ってその複数の電子ビームを偏向させて試料面を走査させるとともに、描画するパターンに応じて複数の電子ビームを個別にｏｎ／ｏｆｆしてパターンを描画するマルチ電子ビーム型露光装置がある。マルチ電子ビーム型露光装置は、複数の電子ビームで任意の描画パターンを描画できるのでスループットがより改善できるという特徴がある。
【０００９】
図１２に、マルチ電子ビーム型露光装置の概要を示す。５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃは、個別に電子ビームをｏｎ／ｏｆｆできる電子銃である。１００は、電子銃５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃからの複数の電子ビームをウエハ３０５上に縮小投影する縮小電子光学系で、３０６は、ウエハ３０５に縮小投影された複数の電子ビームを走査させる偏向器である。
【００１０】
図１３に上記構成により、ウエハ上を複数の電子ビームで走査した際の様子を示す。白丸は、各電子ビームが偏向器３０６により偏向を受けないときにウエハに入射するビーム基準位置（ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３）であって、各ビーム基準位置は設計上の直交座標系（Ｘｓ，Ｙｓ）に沿って配列される。一方、各電子ビームはビーム基準位置を基準としてこれも設計上の直交座標系（Ｘｓ，Ｙｓ）に沿って走査され、各電子ビーム毎の露光フィールド（ＥＦ１、ＥＦ２、ＥＦ３）を走査する。各電子ビームの露光フィールドが隣接してウエハを露光する。ウエハ３０５を搭載するステージは２００のようにＹ方向スキャンが支配的な軌跡で動くことが電子ビーム露光装置の特徴である。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−２５２１６６号公報
【特許文献２】
特開平２００２−８９７１号公報
【特許文献３】
特開平９−３３０８６７号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、今後、ウエハ大口径化が求められるリソグラフィにおいて、装置のストロークが増大する。従来例１においては、Ｘスライダ、Ｙスライダ両側拘束のため、各拘束軸の直交を出すことが困難なことがあり、高精度化や大ストローク化が困難な場合がある。一方、従来例２はＸスライダ、Ｙスライダは回転拘束していないので直交を出す難しさはないが、定盤面などの傾きがあると、Ｙ方向に動いてしまうことがありうる。さらに、真空雰囲気内での使用は困難である。
本発明の課題は、大ストローク化にも対応できる高精度なステージを提供することである。
【００１３】
【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ステージ装置は、第１の方向および該第１の方向と直交もしくは略直交する第２の方向に平行もしくは略平行な第１の案内面を有する第１の固定ガイドと、
第１の固定ガイドにより案内され、第１および第２の方向への直線移動ならびに第１および第２の方向に直交もしくは略直交する第３の方向の軸回り回転の３自由度を有し、第２の方向に延伸した第１ガイドを有する第１の移動ガイドと、
第１および第２の方向に平行もしくは略平行な第２の案内面を有する第２の固定ガイドと、
第２の固定ガイドにより案内され、第１および第２の方向への直線移動ならびに第３の方向の軸回り回転の３自由度を有し、第１の方向に延伸した第２ガイドを有する第２の移動ガイドと、
前記第２ガイドおよび第１ガイドにより第１および第２の方向を案内される中央移動体と
を具備することを特徴としている。
【００１４】
【作用】
本発明によれば、大ストローク化にも対応できる高精度なステージ装置を提供できる。また、固定ガイド（案内面）を複数に分割しているため、磁石予圧を利用したとしても、各磁石を良好に磁気シールドすることができる。このため電子ビーム露光装置にも適用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の第１の形態に係るステージ装置は、後述する実施例の符号を用いて記載すると、
第１の方向および該第１の方向と直交もしくは略直交する第２の方向としてのＸＹ方向に平行もしくは略平行な第１の案内面としての平面を有する第１の固定ガイド１ａ、１ｃと、
第１の固定ガイドにより案内され、Ｘ、Ｙ、および第１および第２の方向に直交もしくは略直交する第３の方向としてのＺ軸回りの回転の３自由度を有する第１の移動ガイド３（第１の移動ガイドは、Ｙ方向に延伸したＹガイド３ｆを有する）と、
第１および第２の方向としてのＸＹ方向に平行もしくは略平行な第２の案内面としての平面を有する第２の固定ガイド１ｂ、１ｄと、
第２の固定ガイドにより案内され、Ｘ、Ｙ、およびＺ軸回転に３自由度を有する第２の移動ガイド２（第２の移動ガイドは、Ｘ方向に延伸したＸガイド２ｆを有する）と、
前記Ｙガイド３ｆおよびＸガイド２ｆによりＸＹ方向を案内される中央移動体４と
を含むことを特徴としている。
【００１６】
好ましくは、第１の移動ガイド３を３自由度方向に駆動する第１のアクチュエータ群３４ｍ（第１のアクチュエータ群はＸ方向に長ストローク駆動する第１のＸアクチュエータと、Ｙ方向に短ストローク駆動する第１のＹアクチュエータを含む）と、第２の移動ガイド２を少なくともＸ、Ｙの２自由度方向に駆動する第２のアクチュエータ群２４ｍ（第２のアクチュエータ群はＹ方向に長ストローク駆動する第２のＹアクチュエータと、Ｘ方向に短ストローク駆動する第２のＸアクチュエータを含む）を含むと良い。
【００１７】
また、好ましくは、ＸＹ方向に平面を有する第３の固定ガイド１があり、中央移動体４は第３の固定ガイドにより案内される。前記第１、２、３の固定ガイドは平行である。前記ガイドは静圧軸受である。前記アクチュエータは非接触なリニアモータである。この場合、第１のＸアクチュエータは、Ｘ可動子であるところの永久磁石１３４ｍａｇ群のＹ方向磁束成分を用い、第１のＹアクチュエータは前記永久磁石群のＸ方向磁束成分を用いるとよい。また、第２のＹアクチュエータは、Ｙ可動子であるところの永久磁石群のＸ方向磁束成分を用い、第２のＸアクチュエータは前記永久磁石群のＹ方向磁束成分を用いるとよい。
【００１８】
さらに、好ましくは、ＸＹ方向に平面を有する第３の固定ガイド１があり、中央移動体４は第３の固定ガイドにより案内される。また、前記第１の移動ガイド３は第１の固定ガイド１ａ、１ｃに対して、第１の磁石３９により予圧がかけられており、前記第２の移動ガイド２は第２の固定ガイド１ｂ、１ｄに対して、第２の磁石２９により予圧がかけられており、前記中央移動体４は第３の固定ガイド１に対して、第３の磁石４９により予圧がかけられており、前記第１、第２，第３の磁石はそれぞれ磁気シールド３９ｓｈ、２９ｓｈ、４９ｓｈを有している。
そして、前記第１、第２，第３の磁石および磁気シールド内にそれぞれに構成される磁路の磁気抵抗をＲｅ、前記第１、第２，第３の間に相互に構成される磁路の磁気抵抗をＲｒとしたときに、Ｒｅ＜Ｒｒとなることを特徴とする。さらに好ましくは、前記アクチュエータは非接触なリニアモータであり、磁気シールドを有する。また、第１のＹアクチュエータないし、第２のＸアクチュエータは電磁石である。
【００１９】
本発明の好ましい実施の第２の形態に係るステージ装置は、電子線露光装置に搭載されるステージ装置であって、
第１の方向および該第１の方向と直交もしくは略直交する第２の方向としてのＸＹ方向に平行もしくは略平行な第１の案内面としての平面を有する第１の固定ガイド１ａ、１ｃと、
第１の固定ガイドにより案内される第１の移動ガイド３（第１の移動ガイドは、Ｙ方向に延伸したＹガイド３ｆを有する）と、
第１の方向および該第１の方向と直交もしくは略直交する第２の方向としてのＸＹ方向に平行もしくは略平行な第２の案内面としての平面を有する第２の固定ガイド１ｂ、１ｄと、
第２の固定ガイドにより案内される第２の移動ガイド２（第２の移動ガイドは、Ｘ方向に延伸したＸガイド２ｆを有する）と、
第１および第２の固定ガイドの第１および第２の案内面に平行もしくは略平行な第３の案内面を有する第３の固定ガイド１と、
前記Ｙガイド３ｆおよびＸガイド２ｆによりＸＹ方向を、第３の固定ガイド１により第１および第２の方向に直交もしくは略直交する第３の方向としてのＺ方向を案内される中央移動体４は、第３の固定ガイドに対して、永久磁石１ユニットにより吸引されており、前記１ユニットには磁気シールドを有することを特徴としている。
【００２０】
【実施例】
図１は本発明の一実施例に係る電子ビーム露光装置の要部概略図である。図１において、３００は真空試料室、３０１は、カソード３０１ａ、グリッド３０１ｂおよびアノード３０１ｃよりなる電子銃であって、カソード３０１ａから放射された電子はグリッド３０１ｂとアノード３０１ｃの間でクロスオーバ像を形成する（以下、これらのクロスオーバ像を光源と記す）。
【００２１】
この光源から放射される電子は、その前側焦点位置が前記光源位置にあるコンデンサーレンズ３０２によって略平行の電子ビームとなる。略平行な電子ビームは、要素電子光学系アレイ３０３に入射する。要素電子光学系アレイ３０３は、ブランキング電極と開口と電子レンズで構成される要素電子光学系がＺ軸に平行な光軸に直交する方向に複数配列されて形成されたものである。要素電子光学系アレイ３０３の詳細については後述する。
【００２２】
要素電子光学系アレイ３０３は、光源の中間像を複数形成し、各中間像は後述する縮小電子光学系１００によって縮小投影され、ウエハ３０５上に光源像を形成する。その際、ウエハ３０５上の光源像の間隔が光源像の大きさの整数倍になるように、要素電子光学系アレイ３０３の各要素は設定されている。さらに、要素電子光学系アレイ３０３は、各中間像の光軸方向の位置を縮小電子光学系１００の像面湾曲に応じて異ならせるとともに、各中間像が縮小電子光学系１００によってウエハ３０５に縮小投影される際に発生する収差を予め補正している。
【００２３】
縮小電子光学系１００は、第１投影レンズ３４１（３４３）と第２投影レンズ３４２（３４４）とからなる２段の対称磁気タブレットで構成される。第１投影レンズ３４１（３４３）の焦点距離をｆ１、第２投影レンズ３４２（３４４）の焦点距離をｆ２とすると、この２つのレンズ間距離はｆ１＋ｆ２になっている。光軸上の物点は第１投影レンズ３４１（３４３）の焦点位置にあり、その像点は第２投影レンズ３４２（３４４）の焦点に結ぶ。この像は−ｆ２／ｆ１に縮小される。また、２つのレンズ磁界が互いに逆方向に作用するように決定されているので、理論上は、球面収差、等方性非点収差、等方性コマ収差、像面湾曲収差および軸上色収差の５つの収差を除いて他のザイデル収差および回転と倍率に関する色収差が打ち消される。
【００２４】
３０６は、要素電子光学系アレイ３０３からの複数の電子ビームを偏向させて、複数の光源像をウエハ３０５上でＸおよびＹ方向に略同一の変位量だけ変位させる偏向器である。偏向器３０６は、図示はされていないが、偏向幅が広い場合に用いられる主偏向器と偏向幅が狭い場合に用いられる副偏向器で構成されていて、主偏向器は電磁型偏向器で、副偏向器は静電型偏向器である。
【００２５】
３０７は偏向器３０６を作動させた際に発生する偏向収差により光源像のフォーカス位置のずれを補正するダイナミックフォーカスコイルであり、３０８はダイナミックフォーカスコイル３０７と同様に、偏向により発生する偏向収差の非点収差を補正するダイナミックスティグコイルである。９９はオフアクシスに配置されたアライメントスコープであり、すでにウエハに描画されているマークを検出する。
【００２６】
３１０は、ウエハ３０５を載置するトップステージである。アライメントスコープ９９によりウエハ３０５の全面を観察するためには、トップステージ３１０がアライメントスコープ９９直下にてウエハ口径に相当するストロークを有する必要がある。
【００２７】
４は、トップステージ３１０を載置し、光軸（Ｚ軸）と直交するＸおよびＹ方向に移動可能なＸＹスライダである。まず図２を用いてＸＹスライダの詳細を説明する。ＸＹスライダ４は、ＸＹスライダｙ４１とＸＹスライダｘ４２より構成されている。ＸＹスライダｙ４１の下面には真空対応軸受４３がステージベース１の上面１ｆに対向して構成され、またＸＹスライダｙ４１の側壁の内側には同様の真空対応軸受４４がＹガイド３ｆを挟み込むように構成されている。
また、ＸＹスライダｘ４２の側壁の内側には同様の真空対応軸受４５がＸガイド２ｆを挟み込むように構成されている。Ｙガイド３ｆはＸスライダ３を構成するＸビーム３２の長手方向の両側壁に形成されている。Ｘガイド２ｆはＹスライダ２を構成するＹビーム２２の長手方向の両側壁に形成されている。Ｙガイド３ｆを含むＸスライダ３とＸガイド２ｆを含むＹスライダ２は、図３に示すように、田の字状に構成されており、ＸＹスライダ４をＸ方向に動かす場合は、Ｘスライダ３をＸ方向に動かすことにより、Ｘガイド２ｆおよびステージベース上面１ｆに沿って滑らかに動くことができる。
ＸＹスライダ４をＹ方向に動かす場合は、Ｙスライダ２をＹ方向に動かすことにより、Ｙガイド３ｆおよびステージベース上面１ｆに沿って滑らかに動くことができる。
【００２８】
次にＹスライダ２に関して説明する。Ｙスライダ２は、Ｘガイド２ｆを含むＹビーム２２およびＸ方向において両側に配置されたＹフット２１、２１’より構成される。Ｙフット２１、２１’の下面には真空対応軸受２３がビームベース１ｂ、１ｄの上面に対向して構成されている。
ビームベース１ｂ、１ｄの上面はステージベース上面１ｆと略平行であり、Ｙスライダ２はビームベース１ｂ、１ｄ上面の範囲内にて、Ｙ方向にはストローク分滑らかに動くことができ、Ｘ方向およびＺ軸回転方向にも滑らかに動くことができる。すなわち、Ｙスライダ２は、Ｙ方向には長ストロークで、Ｘ方向には短ストロークで移動可能であり、Ｚ軸回転方向と合わせて３自由度の変位が可能である。
また、Ｙスライダ２をＹ方向に駆動するリニアモータ可動子２４ｍがＸ方向両側に配置されている。リニアモータ可動子２４ｍは永久磁石を内蔵しており、ステージ空間に磁場がもれないように磁気シールドカバーが取り付けてある。Ｙスライダ２をＸ方向に駆動するリニアモータも可動子２４ｍに内蔵されている。詳細な説明は図４にて後述する。
Ｙフット２１にはＹ方向位置を計測するための反射ミラー２６およびＸ方向位置を計測するための反射ミラー２６ｘが、Ｙフット２１’にはＹ方向位置を計測するための反射ミラー２６’が構成されており、干渉計システム１２６、１２６’、１２６ｘにより、Ｙスライダ２のＸ方向、Ｙ方向およびＺ軸回転の位置（ｘ，ｙ，θｚ）を計測することができる。
【００２９】
同様にＸスライダ３に関して説明する。Ｘスライダ３は、Ｙガイド３ｆを含むＸビーム３２およびＹ方向において両側に配置されたＸフット３１、３１’より構成される。Ｘフット３１、３１’の下面には真空対応軸受３３がビームベース１ａ、１ｃの上面に対向して構成されている。
ビームベース１ａ、１ｃの上面はステージベース上面１ｆと略平行であり、Ｘスライダはビームベース１ａ、１ｃ上面の範囲内にて、Ｘ方向にはストローク分、Ｙ方向およびＺ軸回転方向にも滑らかに動くことができる。すなわち、Ｘスライダ３は、Ｘ方向には長ストロークで、Ｙ方向には短ストロークで移動可能であり、Ｚ軸回転方向と合わせて３自由度の変位が可能である。また、ＸスライダをＸ方向に駆動するリニアモータ可動子３４ｍがＹ方向両側に配置されている。
リニアモータ可動子３４ｍは永久磁石を内蔵しており、ステージ空間に磁場がもれないように磁気シールドカバーが取り付けてある。また、ＸスライダをＹ方向に駆動するリニアモータも可動子３４ｍに内蔵されている。
Ｘフット３１にはＸ方向位置を計測するための反射ミラー３６が、Ｘフット３１’にはＹ方向位置を計測するための反射ミラー３６ｙおよびＸ方向位置を計測するための反射ミラー３６’が構成されており、干渉計システム１３６、１３６’、１３６ｙにより、Ｘスライダ３のＸ方向、Ｙ方向およびＺ軸回転の位置（ｘ，ｙ，θｚ）を計測することができる。
【００３０】
図３にＸスライダおよびＹスライダ制御系の構成図を示す。Ｘスライダ３に対応する干渉計システム１３６、１３６’および１３６ｙの値をＸスライダ演算器１３０を介してＸスライダ３のＸ方向の位置ｘ、Ｙ方向の位置ｙおよびＺ軸回転の位置θｚに変換し、Ｘスライダ制御器１３１へのフィードバック信号としている。Ｘスライダ制御器１３１よりドライバ指令値（Ｘｆｘ，Ｘｆｘ’，Ｘｆｙ）が算出され、対応するＸ固定子３４ｓに配置されているコイル列に電流を流すことにより、Ｘ方向およびＺ軸回転方向駆動力Ｘｆｘ、Ｘｆｘ’ならびにＹ方向駆動力Ｘｆｙが生じる。
【００３１】
Ｙスライダ２に対応する干渉計システム１２６、１２６’および１２６ｘの値をＹスライダ演算器１２０を介してＹスライダ２のＸ方向の位置ｘおよびＹ方向の位置ｙに変換し、Ｙスライダ制御器１２１へのフィードバック信号としている。Ｙスライダ制御器１２１よりドライバ指令値（Ｙｆｙ，Ｙｆｘ）が算出され、対応するＹ固定子２４ｓに配置されているコイル列に電流を流すことにより、Ｙ方向駆動力ＹｆｙおよびＸ方向駆動力Ｙｆｘが生じる。本制御系においては、Ｘスライダ３のＺ軸回転を制御的に拘束し、Ｙスライダ２のＺ軸回転はＸスライダ３の回転に倣わせる方式を採用している。
【００３２】
以上のようにＸスライダの３自由度、Ｙスライダの２自由度を制御的に拘束することにより、ＸＹスライダの３自由度を制御することができる。このとき、ＸＹスライダ４のＸ方向位置はＸスライダ３のＸ方向位置と、Ｙ方向位置はＹスライダ２のＹ方向位置と、Ｚ軸回転はＸスライダ３のＺ軸回転とほぼ等価とみなしてよい。粗動の各スライダの計測はさまざまな組み合わせが考えられ、ＸＹスライダを直接干渉計で計測する構成をとることも可能である。
また、Ｙスライダ２の回転方向位置情報は本実施例では計測値として積極的に用いてないが、例えば回転方向速度情報を積極的に用いて制御的に付加することは可能である。
【００３３】
次に図４を用い、本実施例で使用したリニアモータについて、Ｘスライダ３のリニアモータ３４を例に説明する。リニアモータ３４は前述したように可動子３４ｍ、固定子３４ｓより構成されている。可動子３４ｍは可動磁石１３４ｍａｇおよび磁気シールド１３４ｓｈより構成されている。固定子３４はコイル列１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃ‥‥‥がストローク方向に配置され、かつそれぞれのコイルは２層になっている。真空試料室内にて、コイル列をむきだしにしないようにジャケット１３４ｊがコイル列を覆っている。可動磁石１３４ｍａｇはＹ方向着磁磁石間にＸ方向着磁磁石を交互にはさんで、コイル空間の磁束分布を正弦波に近い状態を作っている。
【００３４】
図４（ａ）は駆動力をＸ方向に働かせるときの状態を示している。コイルｂにはＹ方向最大磁束Ｂｙが生じており、このときコイル１３４ｂ＿ｕおよび１３４ｂ＿ｄに同相の電流を流すことにより、ローレンツ力により、可動子３４ｍにはＸ方向に力が働く。
【００３５】
図４（ｂ）は駆動力をＹ方向に働かせるときの状態を示している。コイルｃにはＸ方向最大磁束Ｂｘがコイル１３４ｂ＿ｕおよび１３４ｂ＿ｄ位置にて逆向きに生じており、このときコイル１３４ｂ＿ｕおよび１３４ｂ＿ｄに逆相の電流を流すことにより、ローレンツ力により、可動子３４ｍにはＹ方向に力が働く。このＹ方向の力はＸ方向の力に比べ弱い可能性があるが、Ｙ方向の力はＸスライダの加速には用いないため問題とならない。
【００３６】
図５に、ＸスライダのＹ方向駆動力およびＹスライダのＸ方向駆動力を与える第２の実施例としての電磁石構成を示す。Ｘスライダ３のＸフット３１、３１’にはＸ方向駆動力を与えるリニアモータ可動子３４ｍ”が配置され、Ｘフット３１’にはさらにＹ方向駆動力を与える電磁石ユニット３４ｍ’が配置されている。電磁石ユニット３４ｍ’は、可動側にＥ型コア２３４ＥＭ、コイル２３４ｃｏおよび磁気シールド２３４ｓｈが配置され、これらは非磁性材２３５によりＸフット３１’に固定されている。また固定側に磁性体バー２３４Ｉが配置され、非磁性材２３６によりビームベース１ｃに固定されている。電磁石ユニット３４ｍ’において、対向するコイルに選択的に通電、制御することで、Ｘスライダ３をＹ方向に駆動することができる。
【００３７】
Ｙスライダ２のＹフット２１、２１’にはＹ方向駆動力を与えるリニアモータ可動子２４ｍ” が配置され、Ｙフット２１’にはさらにＸ方向駆動力を与える電磁石ユニット２４ｍ’が配置されている。電磁石ユニット２４ｍ’は、可動側にＥ型コア２２４ＥＭ、コイル２２４ｃｏおよび磁気シールド２２４ｓｈが配置され、これらは非磁性材からなる電磁石取付部材２３５によりＹフット２１’に固定されている。また固定側に磁性体バー（Ｉコア）２２４Ｉが配置され、非磁性材からなるＩコア取付部材２３６によりビームベース１ｄに固定されている。電磁石ユニット２４ｍ’において、対向するコイルに選択的に通電、制御することで、Ｙスライダ２をＸ方向に駆動することができる。
【００３８】
次に図６を用いて、各スライダの底面の構成について説明する。図６（ａ）は、スライダを支えるベース構成を説明するために装置全体を裏面より見た図、（ｂ）は底パッド単品図である。図２を用いて前述したように、ＸＹスライダｙ４１の下面には真空対応軸受４３がステージベース１の上面１ｆに対向して構成され、Ｙフット２１、２１’の下面には真空対応軸受２３がビームベース１ｂ、１ｄの上面に対向して構成され、Ｘフット３１、３１’の下面には真空対応軸受３３がビームベース１ａ、１ｃの上面に対向して構成されている。それらのパッド詳細は図６（ｂ）に示すとおりであり、多孔質を介して流体が噴出してくる静圧軸受部５１、噴出した流体を雰囲気に流れ出ないようにするためのラビリンス部５２、および排気孔５３より構成されている。ラビリンス部は流体抵抗を非接触で与えるために複数のランド部５２Ｌと溝部５２ｇで構成されている。
【００３９】
静圧軸受に所望の剛性を得るために、静圧軸受に予圧をかけることが一般的であり、本実施例においては、永久磁石の吸引力により予圧をかけている。この予圧のかけ方には、真空予圧（ただし、雰囲気が大気もしくは減圧雰囲気で用いる場合）や磁石予圧といった単純浮上型予圧と、静圧軸受を対向させて予圧をかける拘束型予圧がある。本実施例においては、真空雰囲気で使用されるため、磁石予圧による単純浮上型予圧を採用している。図６において、２９はＹフットに固定した永久磁石、３９はＸフットに固定した永久磁石、４９はＸＹスライダｙ４１（図２）に固定した永久磁石であり、それぞれ磁場がもれないように磁気シールド２９ｓｈ、３９ｓｈ、４９ｓｈに覆われている。拘束型予圧にしないことで、精度保証面を、軸受面およびガイド面のみに限定することができる。
【００４０】
一方、拘束型予圧として、図２に示すように、ＸＹスライダｘ４２の側壁の内側両側に真空対応軸受４５を形成し、対向するＸガイド２ｆを挟み込む構成も採用しているが、その場合には精度保証面はＸガイド２ｆ両面の平行およびＸＹスライダ側の軸受４５の両側の平行も管理する必要がある。ただし、剛性が上がることが期待できる。
【００４１】
また、本実施例のように、電子ビーム露光装置にて永久磁石を用いる場合、各永久磁石に磁気シールドで覆う以外に以下のような工夫を行っている。図６（ａ）において、それぞれの永久磁石が吸引する対象である磁性体の各ベース（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）の相互間を磁気的に隔離している。具体的には、ＸＹスライダの予圧磁石４９にはステージベース１が、Ｙスライダ２の予圧磁石２９にはビームベース１ｂ、１ｄが、Ｘスライダ３の予圧磁石３９にはビームベース１ａ、１ｃが対向しており、それぞれのベース（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）が相互間にある磁気抵抗をもって配置されている。
その効果を、図６（ｃ）（ｄ）を用いて説明する。図６（ｃ）は、各ベースを磁気的に隔離していない場合、（ｄ）は隔離した場合である。隔離していないと、複数磁石の作るそれぞれの磁気回路Ｌ１以外に、複数磁石間にも磁気回路Ｌ２が形成され、それがシールドｓｈ（２９ｓｈ、３９ｓｈ、４９ｓｈ）を越えて、外部にもれてしまう。しかし、磁気的に隔離すること（すなわち磁気抵抗を十分に高めること）により、複数磁石間に生じる磁束もれを極力少なくすることが可能となる。
【００４２】
図７は、ベース構成の第２の実施例を裏面より見たものを示している。図７において、それぞれの永久磁石が対向するベース１’は一体に構成されており、各スライダの可動領域間にスリット１ｓを設け、複数磁石間の磁気抵抗を高めることにより、複数磁石間に生じる磁束もれを極力少なくしている。図７の構成においては、ベース１’のガイド面１ｆの精度出しは容易である。
【００４３】
図８（ａ）は、ベース構成の第３の実施例を裏面より見たものを示している。図８（ａ）において、各スライダの底パッド可動領域は共通ベース１”および各スライダ２、３の永久磁石２９、３９が対向する磁性体ベース１ｍをそれぞれ磁気的に隔離して配置した構成である。
図８（ｂ）はＹフット２１を横より見た図であり、ラビリンス部を含むＹ底パッド２３は共通ベース１”の上面１ｆをガイド面としている。また、Ｙ底パッド２３に予圧を与えるための吸引磁石２９および磁気シールド２９ｓｈは共通ベース１”と磁気的に隔離された磁性体ベース１ｍと対向している。
図８（ａ）で示されるとおり、ＸＹスライダ４の吸引磁石は共通ベース１”と対向しているが、共通ベース１”と磁性体ベース１ｍは磁気的に隔離されているため、複数磁石間に生じる磁束もれを極力少なくすることが可能となる。また、一般に軸受部が対向する面より、永久磁石が対向する面の方が、平面度に関して緩くすることが可能であり、加工・組み立て上有利である。
【００４４】
図９は、ＸＹスライダ４の横パッド４４、４５の排気孔５３’、５３”より回収した流体の流れに関して説明する図である。本発明の実施例に係る電子ビーム露光装置はすでに図１、２で説明したようにＸ方向にアライメントスコープ９９を配置しており、アライメントスコープによりウエハ全面を観察するためには、トップステージがアライメントスコープ直下にてウエハ口径に相当するストロークを有する必要がある。投影光学系中心よりアライメントスコープまでの距離をベースラインと呼ぶが、本構成では、Ｘ方向ストロークＸｓｔは、Ｙ方向ストロークＹｓｔよりベースラインだけ長い（Ｘｓｔ＞Ｙｓｔ）。そこで、本実施例では以下のような工夫を施している。
【００４５】
Ｙ横パッド４５より噴出した流体は、ラビリンス部溝５２ｇ（図６）に構成された排気孔５３’より回収される。回収された流体はＹ横パッド４５、ＸＹスライダ４およびＸ横パッド４４に設けられた配管５５を介して、Ｘ横パッド４４のラビリンス部溝５２ｇに排出される。排出された流体およびＸ横パッド４４より噴出した流体は合流する。合流した流体は、Ｘビーム３２に構成された排気孔５３”より回収される。回収された流体はＸビーム３２およびＸフット３１、３１’に構成された配管５６を介して、Ｘフット３１、３１’に接続された可撓性のホース３８により真空試料室３００（図１）外に排出される。
Ｙ横パッド４４のラビリンス部溝５２ｇはＹ方向ストロークＹｓｔの長さと同じかまたはそれ以上必要である。Ｘ方向ストロークはさらに長いが、本実施例では、Ｘ横パッド４５の噴出する流体の排出は、ＸＹスライダ４側より回収するため、Ｘ横パッドのラビリンス部溝５２ｇはＸ方向ストロークの長さＸｓｔと同一である必要がない。したがって、横パッド４４、４５を含めたＸＹスライダ構造体の大きさを抑えることが可能である。
【００４６】
次に、上記した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１３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。
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。
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。
【００４７】
【発明の適用範囲】
以上、本発明を電子ビーム露光装置に適用した例を示したが、構成の変更により、電子ビームを使用しない真空中露光装置、例えばＥＵＶ（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ）光を露光光として使用するＥＵＶ露光装置にも適用できる。また、本ステージは真空中だけでなく、所望のガス雰囲気中でも使用できる。
電子ビームを使用しない場合においては、磁場変動を問題にする必要がないため、リニアモータや永久磁石に磁気シールドを用いる必要がない。また、各定盤（ベース）を磁気的に隔離する必要もない。
また、電子ビーム露光装置においても、Ｘスライダ、Ｙスライダを前述した拘束型予圧にすることにより、各定盤を磁気的に隔離する必要がない。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、例えば真空雰囲気や実質的に真空雰囲気、もしくは所望のガス雰囲気内にて大ストロークに対応できる高精度露光が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る電子ビーム露光装置の要部概略図。
【図２】図１におけるステージ装置の要部斜視図。
【図３】図２の装置のステージ制御系を示す図。
【図４】図２の装置のリニアモータの動作説明図。
【図５】本発明の第２の実施例に係るステージ装置の構成を示す図。
【図６】図２の装置の各スライダを支えるベース構成を示す図。
【図７】上記ベース構成の第２の実施例を示す図。
【図８】上記ベース構成の第３の実施例を示す図。
【図９】図２の装置の排気構成を示す図。
【図１０】ステージ装置の第１の従来例を示す図。
【図１１】ステージ装置の第２の従来例を示す図。
【図１２】マルチ電子ビーム型露光装置の概要を示す図。
【図１３】図１２の装置においてウエハ上を複数の電子ビームを走査したときの様子を示す図。
【図１４】デバイス製造プロセスを示すフローチャート。
【符号の説明】１，１’，１”：ステージベース、１ｆ：ＸＹガイド、１ａ〜１ｄ：ビームベース、１ｍ：マグネットベース、１ｓ：スリット、２：Ｙスライダ、２ｆ：Ｘガイド、２１：Ｙフット、２２：Ｙビーム、２３：Ｙ底パッド、２４ｍ，２４ｍ”，３４ｍ、３４ｍ”：リニアモータ可動子、２４ｍ’，３４ｍ’：電磁石ユニット、２６，２６’，２６ｙ，３６，３６’，３６ｙ：ミラー、２９、３９，４９：予圧磁石、３：Ｘスライダ、３ｆ：Ｙガイド、３１：Ｘフット、３２：Ｘビーム、３３：Ｘ底パッド、３８：排気ホース、４：ＸＹスライダ、４１：ＸＹスライダｙ、４２：ＸＹスライダｘ、４３：底パッド、４４：Ｙ横パッド、４５：Ｘ横パッド、５１：多孔質絞り軸受、５２：ラビリンス、５２ｇ：ラビリンス溝、５３，５３’，５３”：排気孔、９９：アライメントスコープ、１００：縮小電子光学系、１２０：Ｙスライダ演算器、１２１：Ｙスライダ制御器、１２６，１３６：干渉計、１３０：Ｘスライダ演算器、１３１：Ｘスライダ制御器、１３４ａ〜ｅ：リニアモータ固定側のコイル、１３４ｍａｇ：リニアモータ可動側のマグネット列、１３４ｓｈ：磁気シールド、２２４ＥＭ，２３４ＥＭ：Ｅ型コア、２２４Ｉ，２３４Ｉ：磁性体バー、２２４ｓｈ，２３４ｓｈ：磁気シールド、２３５：電磁石取付部材、２３６：Ｉコア取付部材。

Claims

第１の方向および該第１の方向と直交もしくは略直交する第２の方向に平行もしくは略平行な第１の案内面を有する第１の固定ガイドと、
第１の固定ガイドにより案内され、第１および第２の方向への直線移動ならびに第１および第２の方向に直交もしくは略直交する第３の方向の軸回り回転の３自由度を有し、第２の方向に延伸した第１ガイドを有する第１の移動ガイドと、
第１および第２の方向に平行もしくは略平行な第２の案内面を有する第２の固定ガイドと、
第２の固定ガイドにより案内され、第１および第２の方向への直線移動ならびに第３の方向の軸回り回転の３自由度を有し、第１の方向に延伸した第２ガイドを有する第２の移動ガイドと、
前記第２ガイドおよび第１ガイドにより第１および第２の方向を案内される中央移動体と
を具備することを特徴とするステージ装置。
第１の移動ガイドを第１の方向に長ストローク駆動する第１のアクチュエータおよび第２の方向に短ストローク駆動する第２のアクチュエータを含み、第１の移動ガイドを前記３自由度方向に駆動する第１のアクチュエータ群と、
第２の移動ガイドを第２の方向に長ストローク駆動する第３のアクチュエータおよび第１の方向に短ストローク駆動する第４のアクチュエータを含み、第２の移動ガイドを少なくとも第１および第２の方向の２自由度方向に駆動する第２のアクチュエータ群と、
さらに備えることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
前記第１および第２の方向に平行もしくは略平行な平面である第３の案内面を有し、前記中央移動体を案内する第３の固定ガイドをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
前記第１〜３の案内面が互いに平行であることを特徴とする請求項３に記載のステージ装置。
前記第１〜３の案内面が一体のベース部材に形成された１つの平面を溝により分離したものである請求項４に記載のステージ装置。
前記各アクチュエータは非接触なリニアモータであることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載のステージ装置。
前記第１の移動ガイドに前記第１の固定ガイドに対する予圧をかける第１の磁石と、前記第２の移動ガイドに前記第２の固定ガイドに対する予圧をかける第２の磁石と、前記中央移動体に前記第３の固定ガイドに対する予圧をかける第３の磁石と、前記第１〜第３の各磁石をそれぞれシールドする磁気シールドとを有し、前記第１〜第３の各磁石と各磁気シールドとにより各磁気シールド内にそれぞれに構成される磁路の磁気抵抗Ｒｅが、前記第１、第２および第３の各磁石の相互間に構成される磁路の磁気抵抗Ｒｒより小さいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のステージ装置。
前記各アクチュエータは非接触なリニアモータであり、磁気シールドを有することを特徴とする請求項７に記載のステージ装置。
第１のアクチュエータは第１の方向への可動子であるところの永久磁石群の第２の方向の磁束成分を用いて、第２のアクチュエータは前記永久磁石群の第１の方向の磁束成分を用いて前記第１の移動ガイドを駆動し、第３のアクチュエータは第２の方向への可動子であるところの永久磁石群の第１の方向の磁束成分を用いて、第４のアクチュエータは前記永久磁石群の第２の方向の磁束成分を用いて前記第２の移動ガイドを駆動することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のステージ装置。
前記第２のアクチュエータおよび第４のアクチュエータは電磁石であることを特徴とする請求項２〜５および６〜８のいずれか１つに記載のステージ装置。
電子線露光装置に搭載されるステージ装置であって、
第１の方向および該第１の方向と直交もしくは略直交する第２の方向に平行もしくは略平行な第１の案内面を有する第１の固定ガイドと、
第１の固定ガイドにより案内され、第２の方向に延伸した第１ガイドを有する第１の移動ガイドと、
第１および第２の方向に平行もしくは略平行な第２の案内面を有する第２の固定ガイドと、
第２の固定ガイドにより案内され、第１の方向に延伸した第２ガイドを有する第２の移動ガイドと、
第１および第２の案内面に平行もしくは略平行な第３の案内面を有する第３の固定ガイドと、
前記第２ガイドおよび第１ガイドにより第１および第２の方向を案内され、前記第３の固定ガイドにより第１および第２の方向に直交もしくは略直交する第３の方向を案内される中央移動体と
を具備し、
前記中央移動体は、第３の固定ガイドに対して、永久磁石ユニットにより吸引されており、該永久磁石ユニットは磁気シールドを有することを特徴とするステージ装置。
前記各ガイドに対し、被案内物が静圧軸受で支持されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載のステージ装置。
第１の方向および該第１の方向と直交もしくは略直交する第２の方向に平行もしくは略平行な平面を有する磁性材料製の定盤と、
前記定盤の平面により案内され、第２の方向に延伸した第１ガイドを有する第１の移動ガイドと、
前記定盤の平面により案内され、第１の方向に延伸した第２ガイドを有する第２の移動ガイドと、
前記第２ガイドおよび第１ガイドにより第１および第２の方向を案内され、前記定盤の平面により第１および第２の方向に直交もしくは略直交する第３の方向を案内される中央移動体と、
前記第１および第２の移動ガイドならびに前記中央移動体をそれぞれ前記定盤の平面に対し間隙を置いて支持する第１〜第３の静圧軸受と、
第１および第２の方向と平行もしくは略平行な平面を有し、前記第１および第２の移動ガイドの近傍にそれぞれ前記定盤から磁気的に隔離して配置された第１および第２の磁性体ベースと、
前記第１および第２の移動ガイドのそれぞれに固定され、前記第１および第２の磁性体ベースの平面のそれぞれに間隙を置いて対向配置された第１および第２の永久磁石と、
前記中央移動体の前記第３の静圧軸受の近傍に前記定盤の平面と間隙を置いて固定された第３の永久磁石と、
前記第１〜第３の永久磁石をそれぞれシールドする磁気シールドと
を有することを特徴とするステージ装置。
請求項１から１４のいずれかに記載のステージ装置によって基板または原版あるいはその双方を位置決めすることを特徴とする露光装置。
請求項７の露光装置によってデバイスを製造する工程を有するデバイス製造方法。