JP2005277030A - ステージ装置および露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 露光領域と計測領域の２つの領域を有する露光装置用のステージ装置では、固定子内のコイル群をすべてまとめて冷却する構造では、冷却の効率が悪くなるおそれがある。
【解決手段】 平面モータを用いて基板を搭載した可動子を駆動するステージ装置であって、前記ステージ装置はコイル群を有する固定子ユニットと、前記固定子ユニット上を移動する可動子とを有し、前記固定子ユニットは、前記基板に露光を行うための露光領域と、前記基板のアライメントを行うための計測領域とを有し、前記固定子ユニット内のコイル群は各領域で独立に温調される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ステージ装置に関するものであり、特にアライメント系と露光系とを独立に構成した露光装置におけるステージ装置に好適に用いられる。

露光装置において、アライメント系と露光系とをそれぞれ独立に構成し、かつ位置決めステージとして平面モータを適用した構成が特許文献１に開示されている。図８は特許文献１で開示されている露光装置のステージ装置を示す図である。

図中ＰＬは投影光学系であり、ＡＬＧはアライメント光学系を示している。ベースとしての固定子１１２は計測（アライメント）領域と露光領域を有しており、２つの可動ステージ（ＷＳＴ１、ＷＳＴ２）が計測領域および露光領域を独立に移動可能である。そのため、露光と同時にアライメント計測が行えることにより、スループット向上が図れる露光システムである。

平面モータは、可動ステージ（ＷＳＴ１，ＷＳＴ２）裏面に配列された不図示の磁石群と、固定子１１２内にマトリクス状に配列されたコイル群９８を有し、磁石群の磁束とコイル群に流れる電流との相互作用から生じるローレンツ力で可動ステージ（ＷＳＴ１、ＷＳＴ２）を固定子１１２に対して相対的に移動させることが出来る。

また、平面モータのコイル冷却構造について、特許文献２に開示されている構成を図７に示す。平面モータ固定子のコイル群は、固定子本体３２によって密閉された構造をしており、図７において８８Ａ（８８Ｂ）から冷媒を流し込み、９２Ａ（９２Ｂ）から冷媒を排出することにより、固定子内のコイル群を冷媒で冷却している。
特開２００１―２１７１８３号公報 特開２００１−１７５４３４号公報

ここで、アライメント計測をするためのステージ動作と露光を行うためのステージ動作は、一般的には異なることが多い。露光過程では露光対象の全てのショットに対してスキャン動作することが求められるため、ある程度全域に渡って均一にステージは移動するが、アライメント計測では求める精度や計測方法によってステージに求める動きは様々である。そのため、通常は露光領域に配置されるコイル群と計測領域に配置されるコイル群の通電量も異なり、当然コイル群の発熱量も異なることが予想される。

例えば、アライメント計測ではウエハ全体を計測するのではなく、ある代表点のみを計測する方式をとった場合、アライメント計測で求められるステージの動きは露光領域に比べて少なくてよく、その分コイルの通電量および通電時間も露光領域のコイルよりも小さいものになる。したがって、計測領域のコイル群の発熱量は露光領域の発熱量よりも小さくなり、つまり固定子内コイル群の発熱は２つの領域間で大きく異なってしまう。

このため、図８のように露光領域と計測領域の２つの領域を独立にもつ露光装置では、図７のように固定子内のコイル群をすべてまとめて冷却する構造では、冷却の効率が悪くなることが予想される。通常、図７の冷媒配管８９Ａ（８９Ｂ）を流れる冷媒は、もっとも発熱の大きいコイルに対して許容温度以下になるように流量設定する。

そのため、固定子内のコイル群をまとめて冷却する構成の場合、コイル発熱のばらつきが大きいと、発熱の小さいコイルに対しては過度の冷媒流量で冷却することになる。その結果、全体としては大量の冷媒を流す割には、コイル最高温度の抑制に繋がりにくいという問題が生じていた。

本発明は上述の課題に鑑みなされたものであり、異なる処理領域を有するステージ装置において、対象物を搭載した可動子の駆動に係る発熱を効率よく冷却することを目的とする。

上述の目的を達成するために本発明では、平面モータを用いて対象物を搭載した可動子を駆動するステージ装置であって、前記ステージ装置はコイル群を有する固定子ユニットと、前記固定子ユニット上を移動する可動子とを有し、前記固定子ユニットは、前記対象物に第１の処理を行うための第１領域と、前記対象物に第２の処理を行うための第２領域とを有し、前記固定子ユニット内のコイル群は各領域で独立に温調されることを特徴としている。

本発明によれば、異なる処理領域を有するステージ装置において、対象物を搭載した可動子の駆動に係る発熱を効率よく冷却することができる。

（実施例１）
実施例１に係るステージ装置を図１に示す。図１（ａ）はステージ装置を鉛直方向上方から見た図であり、図１（ｂ）はステージ装置を水平方向から見た断面図である。ステージ装置は露光領域と計測領域に分かれており、露光領域には露光用光学系ＰＬが、計測領域にはアライメント計測用の計測光学系ＡＬＧが配置されている。

固定子ユニット３上には、２つの可動ステージ（ＷＳＴ１，ＷＳＴ２）がそれぞれの領域で露光動作と計測動作を行えるようになっている。また、可動ステージＷＳＴ１およびＷＳＴ２はお互いに計測領域と露光領域との間で入れ替え移動（スワップ）が可能であり、例えばウエハの計測動作を終えた可動ステージＷＳＴ２は、露光を終えた可動ステージＷＳＴ１と領域の入れ替えを行って、可動ステージＷＳＴ２は露光動作に引き続き入り、可動ステージＷＳＴ１は不図示のウエハ搬送系へ露光済みウエハを受け渡した後、新しいウエハを受け取ってアライメント動作に移る。このように露光動作とアライメントなどの計測動作を同時に行えるシステム構成にすることで、全体としてのウエハ処理時間の短縮ができスループット向上を達成できる。

可動ステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２は板形状の天板裏面に不図示の磁石群が配置されており、また可動ステージに対面する固定子ユニット３は、多層のコイル列で構成されたコイル群４，５および、それらのコイル群を密閉する冷却ジャケット６，７で構成されている。これにより、可動ステージの磁石群とコイル群に通電した電流との相互作用によって発生するローレンツ力によって、可動ステージＷＳＴ１，ＷＳＴ２は固定子ユニット３に対して移動が可能となっている。

また、冷却ジャケット６、７の内部には、温度管理された純水や不活性冷媒などの冷媒をさせており、コイルを直接冷却できるようにしている。コイルの冷却はコイル間に冷却管を設けて冷却してもよい。

図２は、固定子ユニット３内のコイル群４，５の部分を拡大した図である。上述のように、コイル群は鉛直方向に多層のコイル列を有している。図中、上から１層目のコイル列１１はＸ軸方向およびωｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向）の駆動に寄与するコイル列であり、図３（ａ）のようにＹ軸方向に長い直線部を有するコイル１８をＸ軸方向に複数個並べて構成される。

同様に上から２層目のコイル列１２はＹ軸方向およびωｚ方向の駆動に寄与するコイル列であり、図３（ｂ）のようにＸ軸方向に長い直線部を有するコイル１９をＹ軸方向に複数個並べて構成される。また、３層目のコイル列１３はＺ軸方向およびωｙ方向（Ｙ軸回りの回転方向）に寄与するコイル列であり図３（ａ）のように並べられ、４層目のコイル列１４はＺ軸方向およびωｘ方向（Ｘ軸回りの回転方向）に寄与するコイル列であり図４のように並べられる。これらの４層のコイル列によって、可動ステージは６軸方向に駆動することができる。

なお、コイル群の配置はこれに限るものではなく、図８のようにマトリクス状にコイルが並んだ構成でもよい。さらにいえば、平面モータは固定子ユニットに発熱部としてのコイル群を有していればよい。

各コイル列は、支持部材１０によってベース定盤１７に支持されており、各コイル列の間は冷媒流路となっている。つまり、コイルの表裏面が循環する冷媒と接触して直接的に冷却できるようになっている。このようにコイル群を包囲する冷却ジャケット内で冷媒を循環することによって冷却することにより、コイルから発生する発熱が速やかに除去され、コイル温度の過度な上昇、および固定子ユニットの温度上昇を防いでいる。

ここで、冷却ジャケット４，５は、露光領域と計測領域でそれぞれ独立に構成されており、各領域に対して独立に最適な冷却が可能となっている。従来技術のように平面モータの固定子全体を一括して冷却すると、全体の冷却効率が悪く冷媒温調装置および冷媒循環装置等が大規模になってしまうが、ステージの動きが異なる計測領域と露光領域とで独立に冷却を可能にすることで、それぞれの領域でステージの動きに対して最適な冷却（冷媒流量、温度、冷媒種類など）を行えるので冷却効率の向上が見込め、温調にかかわる装置も小規模に出来る。

具体的に説明すると、冷却がコイルの過熱を防ぐことが目的である場合、発熱の最も大きなコイルに合わせて冷却量（冷媒流量、冷媒温度、冷媒種類）を調整するため、計測領域および露光領域の２つの領域を一括で冷却した場合、コイル全体でもっとも発熱の大きなコイルに合わせた冷却量に設定されることとなる。

しかし、通常計測領域と露光領域でのステージの動きが大きく異なるため、当然計測領域と露光領域でのコイルの発熱量は大きく異なる。例えば露光領域のステージの動きが激しく、計測領域でのステージの動きはウエハ受け渡し等のため、ステージとしてはあまり動かないとすると、露光領域のコイル群のみ大きく発熱し、計測領域のコイル群はほとんど発熱しない状況となる。

しかし、一括で冷却した構成の場合、露光領域のコイルに合わせた冷却量を冷却ジャケット全体に流入させるため、結果として計測領域のコイル群には過剰な冷却量が無駄に流れることになる。これにより、例えば固定子全体の冷媒流量は無駄に必要となり、冷却効率（冷媒流量に対してのコイル発熱除去率）が下がり温調関係の装置が大きくなる。

これらの事情を鑑みて、図１では計測領域と露光領域で冷却が独立に行える構成になっている。つまり、計測領域と露光領域でステージの動き方が大きく異なることから、独立に冷却の最適化をはかることで、ステージ全体の冷却効率の向上を図っている。冷却の最適化として、たとえば計測領域と露光領域で冷媒流量、温度、冷媒種類のうち少なくとも１つを変えることが挙げられる。

また、図１でも示しているように、冷媒の流す方向を変えることもできる。たとえば、露光領域と計測領域で冷媒の流す方向を変えることで、それぞれの領域で最大発熱のコイル近傍から冷媒を流入することが可能となり、最適な冷却を行うことが可能となる。

但し、上述の例は計測領域と露光領域で独立に冷却の最適化することが主な趣旨であって、当然各領域ごとに最適化した結果冷媒の流し方向が結果として同じ場合もあるだろうし、冷媒流量が同じになることもあり得るため、必ずしも計測領域と露光領域との冷却方法（冷媒流量、温度、冷媒種類等）を変える必要はない。

また、図１では固定子ユニット３は計測領域と露光領域で各々独立に構成されているように図示しているが、固定子ユニット自体は各領域で独立であっても一体構成であってもよく、冷却ジャケット６，７内が独立に温調できればよい。

図１のように固定子ユニット３を露光領域と計測領域で独立にする背景を以下に説明する。

アライメント系と露光系を独立にもつ露光装置における平面モータでは、固定子の製作およびメンテナンスの観点からも課題が生じている。つまり、平面モータの固定子ユニットの大きさは、ウエハの大きさによって最小寸法はほぼ決まってしまい、１２インチ（３００ｍｍ）ウエハを対象とした場合、計測領域および露光領域における可動ステージの必要ストロークは４００ｍｍ程度（ウエハ全域を動くための距離＋ステージの加減速領域等用の距離）である。つまり可動ステージ（ＷＳＴ１，ＷＳＴ２）の大きさを４００ｍｍ程度とすれば、固定子ユニットは最低でも７００ｍｍ以上（ウエハ大きさ３００ｍｍ＋ストローク４００ｍｍ）の大きさが必要と考えられる。

そのため、計測領域と露光領域とを合わせた固定子ユニットの大きさは、最低でも７００ｍｍ（図８中Ｘ方向）×１４００ｍｍ（図８中Ｙ方向）にもなるのである。実際には、様々な要因よりさらに大きくなる方向である。この大きさの固定子ユニットを一体で製作しようとすると、材料の入手が困難であったり、加工機の制約により加工自由度に制限される可能性が高い。その分コストも大きくなることが予想される。つまり、計測領域と露光領域を独立に有することによる固定子寸法の増大に伴う製作上の課題もある。

しかし、図１のように固定子ユニットを露光領域と計測領域で分割したユニット構成にした場合、製作規模も半分になり固定子ユニットの製作も露光領域用ユニットと計測領域用ユニットとを平行して製作が可能となるため、製作リードタイムの削減も可能となる。メンテナンスの観点からも、不都合のあったユニットのみに対して対策を行えばよいので、メンテナンスも小規模で済むことも多い。

また、上述の説明では平面モータを用いたステージ装置の例を挙げたが、露光領域と計測領域とでステージを駆動するためのリニアモータをそれぞれ設けたステージ装置においても、それぞれの駆動手段の温調を独立に行うことは冷却効率の観点で効果を有する。ただし、平面モータを用いたステージ装置は、簡略な構成で露光領域と計測領域の冷却を独立にすることができる上、コイル発熱量が大きいため効果的である。

図４は、上記と同様のステージ装置をウエハステージとする半導体デバイス製造用の露光装置を示す。

この露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用され、原版であるレチクルを介して基板としての半導体ウエハＷ上に照明系ユニット５０１からの露光エネルギーとしての露光光（この用語は、可視光、紫外光、ＥＵＶ光、Ｘ線、電子線、荷電粒子線等の総称である）を投影系としての投影レンズ５０３（この用語は、屈折レンズ、反射レンズ、反射屈折レンズシステム、荷電粒子レンズ等の総称である）を介して照射することによって、ウエハステージ５０４に搭載された基板上に所望のパターンを形成している。また、このような露光装置は、露光光が短波長光となるにしたがって、真空雰囲気での露光が必要となってきている。

ウエハステージ５０４に搭載したチャック上に基板であるウエハ（対象物）を保持し、照明系ユニット５０１によって、レチクルステージ５０２に搭載された原版であるレチクルのパターンをウエハ上の各領域にステップアンドリピートもしくはステップアンドスキャンで転写する。ここで上述のステージ装置はこれらのウエハステージ５０４として用いられる。

このように、上述のステージ装置を露光装置に適用することにより、結果として稼動コストを低減した露光装置を提供することができる。

次に、この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５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（図６）。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。

このように、上述の露光装置をデバイス製造工程の一部に用いることによって、結果として、安価なデバイスを製造することができる。

実施例１に係るステージ装置を示す図 固定子ユニットの詳細を示す図 （ａ）は奇数層のコイル配列、（ｂ）は偶数層のコイル配列 露光装置を示す図 デバイス製造方法を示す図 図５におけるウエハプロセスを示す図 従来例に係る平面モータの冷却構成を示す図 従来例に係るツインステージの構成を示す図

符号の説明

ＷＳＴ１，ＷＳＴ２ 可動ステージ
３ 固定子ユニット
４，５ コイル群
６，７ 冷却ジャケット
１０ 支持部材
１１，１２，１３，１４ コイル列
１５ 隔壁
１６ 冷媒流路
１７ ベース定盤
１８，１９ コイル
５０１ 照明系ユニット
５０２ レチクルステージ
５０３ 投影レンズ

Claims (11)

1. 平面モータを用いて対象物を搭載した可動子を駆動するステージ装置であって、前記ステージ装置はコイル群を有する固定子ユニットと、前記固定子ユニット上を移動する可動子とを有し、前記固定子ユニットは、前記対象物に第１の処理を行うための第１領域と、前記対象物に第２の処理を行うための第２領域とを有し、前記固定子ユニット内のコイル群は各領域で独立に温調されることを特徴とするステージ装置。
2. 前記固定子ユニット内のコイル群は、前記コイル群を包囲する冷却ジャケット内で冷媒を循環することによって冷却されることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記コイル群を冷却する冷媒は、前記第１領域と前記第２領域で冷媒を流す方向が異なることを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
4. 前記コイル群を冷却する冷媒は、前記第１領域と前記第２領域で冷媒の流量、温度、媒体のうち少なくとも１つが異なることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のステージ装置。
5. 前記第１領域と前記第２領域で前記コイル群を冷却する冷却量が異なることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のステージ装置。
6. 前記固定子ユニットは、前記第１領域と前記第２領域で分割されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のステージ装置。
7. 前記可動子は２つの可動子からなり、該２つの可動子は前記第１領域と前記第２領域で入れ替え可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のステージ装置。
8. 前記可動子は、前記固定子ユニットと対向する面に磁石群を有し、該磁石群は前記固定子ユニットのコイル群との間で力を発生することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のステージ装置。
9. 請求項１〜８に記載のステージ装置を用いて基板を位置決めする露光装置であって、前記第１の処理は前記基板を露光する処理であり、前記第２の処理は前記基板の位置を計測する処理であることを特徴とする露光装置。
10. 基板を露光する露光領域と前記基板の位置を計測する計測領域とを有する露光装置であって、前記露光領域で前記基板を搭載した可動子を駆動する第１の駆動手段と前記計測領域で前記可動子を駆動する第２の駆動手段と、を有し、前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段は独立に温調されることを特徴とする露光装置。
11. デバイス製造方法であって、請求項９または請求項１０に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程を有することを特徴とするデバイス製造方法。
    

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