JP2005295762A - ステージ装置および露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 平面モータを用いたステージ装置において、可動子に設けたコイルの発熱が問題となり、冷却機構を大きくすると、可動子が大型化し、所望の精度を達成することが困難になる。
【解決手段】 平面モータを用いたステージ装置において、可動子１０に設けられたコイル１５を冷却するための冷却手段１６との間に、少なくとも一方向に高熱伝導率を有する熱伝導部材２１を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ステージ装置に関するものであり、好ましくは露光装置において基板を位置決めするステージ装置として用いられるものである。

露光装置において、高集積な半導体デバイスを製造するために、パターンを転写する基板を高精度に位置決めすることが要求される。このような位置決めに用いるステージ装置の駆動源として、いわゆる平面モータとよばれるモータが注目されており、平面モータとしては可変磁気抵抗駆動方式、ローレンツ力による電磁力駆動方式によるものが挙げられる。

上述の可変磁気抵抗駆動方式の平面モータ（以下、平面パルスモータと称する）として、特許文献１が挙げられる。特許文献１において、固定子として櫛歯状の磁性体が並べられており、それに対向する形で櫛歯部を持つ複数のコイル、永久磁石、ヨークを有する可動子により構成されている。このような構成により、コイルに電流を流すことで磁気抵抗を変化させ、可動子を駆動させる推力を発生させる。また、各コイルに供給されるパルス電流を制御することでステッピング動作をおこさせる。
特開平１１―１９０７８６号公報

上述のような平面モータにおいて、大きな推力を得るためにはコイルに大きな電流を流す必要があるが、コイルからの発熱が問題となる。しかしながら、コイルを直接冷媒によって冷却する方法では、コイルの冷却能力を向上しようとすると、冷媒経路のスペースを大きくする必要があり、装置が大型化してしまう。このような大型化は、コイルが可動部にある場合には可動ステージの大型化の要因となり、また、冷媒流量を大きくすると冷媒からの振動が外乱となるおそれがある。これらは、結果として高精度化を妨げることとなる。

また、特許文献１のようにコイルが露出した構成であると、可動子の位置を計測する干渉計の計測光路にコイルの発熱の影響が及ぶため、位置決め精度を劣化させてしまう。これらの問題は、駆動力を大きくするためにコイルを多く設けた場合には、より顕著なものとなるおそれがある。

本発明は上述の課題に鑑みなされたものであり、平面モータを用いたステージ装置において、精度の劣化を抑えた効率的にコイルを冷却することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明では対象物を搭載した可動子が固定子上で移動可動な位置決め装置において、前記可動子は該可動子の駆動力を発生するためのコイルと、該コイルを冷却するための冷却手段と、前記冷却手段と前記コイルとの間に設けられた、少なくとも一方向に高熱伝導率を有する熱伝導部材と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、平面モータを用いたステージ装置において、精度の劣化を抑えつつ効率的にコイルを冷却することができる。

（実施例１）
図１に実施例１に係る平面パルスモータを用いたステージ装置の概略図を示す図である。ステージ装置は図１（ａ）のように固定子１１上を可動子１０が移動可能となっている。図１（ｂ）は可動子１０の詳細を示す図である。

図１（ｂ）のように、可動子１０は、複数のコイルを並べたコイルユニット１５、ヨーク１４、永久磁石１７とこれらを覆うように可動子フレーム１３および可動子カバー１２を有している。

固定子１１には、櫛歯状の磁性体が等間隔に並べられており、可動子１０のコイルはそれに対向する形で異なる位相の櫛歯部１７を有している。このような構成により、コイルに電流を流すことで磁気抵抗を変化させ、可動子１０を固定子１１に対して駆動させる推力を発生させる。また、各コイルに供給されるパルス電流を制御することにより、ステッピング動作をおこさせて可動子をＸ、Ｙ、θ（Ｚ軸回りの回転方向）方向に位置決めすることができる。

図４は可動子の位置決めの際に用いるレーザ干渉計の配置を表す図である。可動子１０に搭載されたレーザヘッド（不図示）から照射された計測光５５Ａ、５６Ａを、ミラー５５、５６に反射させることによって可動子１０のＸ、Ｙ方向位置を計測することができる。複数の計測光を平行に照射することにより、Ｚ軸回り（θ）方向の位置も計測できる。また、ミラーを可動子１０に搭載して、レーザヘッドを可動子外部に設ける構成にしてもよい。

上述のように、コイルに電流を流すことによって可動子１０を駆動させると、コイルの発熱が問題となる。この発熱は、可動子上に設けた対象物やその他の構成部材等の変形を引き起こす可能性があり、また図４における干渉計計測光路の熱ゆらぎの原因となる。そこで、可動子フレーム１３には、コイルを冷却するための冷媒を循環させるための冷媒流路１６が設けられている。冷媒は配管ユニット９を介して外部（不図示）から循環される。

また、可動子１０のコイルの周囲には図２のように、熱伝導率に異方性を有する材質からなる熱伝導異方性シート２１が設けられている。熱伝導異方性シート２１は、コイルと接触するように設けられ、少なくとも一端を可動子フレーム１３に接触させている。このような構成により、発熱部であるコイルの熱が、冷媒流路１６を内部に有する可動子フレーム１３に伝達される。

ここで、熱伝導異方性シート２１はコイル１５から可動子フレーム１３へ熱が伝わりやすいように熱伝導異方性を有するものである。ここでいう、熱が伝わりやすいとは、たとえば熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度のものをいう。また、それ以外の方向には低い熱伝導率を有することで、コイルからの熱が可動子カバー１２、固定子１１、等の他の構成部材へ伝わりにくく、結果として熱による変形といった精度劣化を低減することができる。

図２（ａ）〜（ｄ）は熱伝導異方シート２１の配置例を示したものであり、図２（ａ）および（ｂ）のように可動子フレームの片側（片面）に伝えてもよく、図２（ｃ）および（ｄ）のように可動子フレーム１３の両側（両面）に伝えてもよい。ここで、熱伝導異方性シート２１は、コイル１５及び可動子フレーム１３との接触面積を可能な限り広い面積にすることで冷却効果を向上することができる。そのため、熱伝導異方性シート２１は接着により、接触させることが好ましい。

可動子フレーム１３に設けられた冷媒流路１６は、可動子フレーム１３の４つの面のうち、少なくとも１つの面に設けられていればよく、熱伝導異方性シート２１によって、その冷媒流路１６が設けられている面に熱を伝えればよい。この場合、可動子に占める冷媒流路のスペースを少なくすることができるため、可動子を小型化することができる。

本実施例によれば、コイルの発熱を熱伝導異方性シートによって、冷媒流路へ積極的に伝えることにより、変形を伝えたくない箇所への熱伝達を防ぎ、また可動子に設けられた冷媒量を少なくすることができるため、可動子を小型化でき、さらに振動の影響を低減できるので、結果として可動子を高精度に位置決めすることが可能となる。

また、要求される精度によっては熱伝導異方性材料にかぎらず、少なくともコイルと冷媒流路との間で熱伝導しやすいものであればよい。この場合、たとえば高熱伝導材料として単結晶に近い構造をもつ高配向性炭素質繊維フィルム、あるいはシート内を往復するように細管を配し細管内に作動液を封入した熱輸送デバイス、及び窒化アルミニウムを主体とした気孔質セラミックスに特殊樹脂を含浸したセラミックスシートを用いてもよい。

なお、上述の実施例によれば、冷媒流路を可動子フレームの壁面内部に設けることにより、可動子を小型化したが、壁面内部にかぎらず、熱伝導部材により熱を積極的に冷媒に逃すことで、コイル熱が干渉計光路に与える影響を低減することができる。

また、上述の実施例に記載のように、熱伝導部材として熱伝導異方性シートを用いることでスペースを多くとらないため可動子をより小型とすることができるが、要求されるスペースによってはシート状部材に限るものではない。

（実施例２）
図３は実施例２に係るステージ装置を示す図である。実施例１と同一の機能を有するものには同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。ここで、実施例１との違いとして、冷媒流路を２系統設けたことが挙げられる。

冷媒流路１８は冷媒流路１８ａ〜１８ｃからなり、冷媒流路１８ａおよび１８ｂは第１の冷媒系によりとして２３℃に温度制御されており、冷媒流路１７ｂは第２の冷媒系により２１℃に温度制御されている。また、第１の冷媒系を２１℃、第２の冷媒系を２３℃に設定してもよい。

このように、可動子フレーム１３内の冷媒流路が複数あり、そのうちの少なくとも１つの冷媒流路を独立に温度制御することによって、局所的な熱を取り除くことができ、結果として温度を均一とすることができる。

図３（ａ）〜（ｄ）はその他の適用例であり、冷媒流路はいくつであってもよい。また、これらの適用例では冷媒系統は２つであるが、これに限るものではなく複数設けることができる。

実施例２のように、冷媒流路を複数有し、冷媒系統を異ならせることにより、局所的な熱を取り除くことができ、さらには熱伝導異方性シート２１によって可動子フレーム１３に熱が伝えられる箇所の熱を効果的に取り除くことができる。つまり、可動子フレーム１３のうち、熱伝導異方性シート２１が接触した部分は他の系統よりも低い温度に設定することにより、全体として温度を均一化することができる。なお、各冷媒系統は温度に限らず、流量または冷媒自体を変えてもよい。

（露光装置に適用した例）
図４は、実施例１および実施例２に係るステージ装置を露光装置に適用した例である。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半導体ウエハ（基板）Ｗ上に照明系ユニット４１からの露光光（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４３（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４５に搭載されたウエハ上に所望のパターンを形成している。

ウエハステージ４５に搭載したチャック上に対象物としてのウエハを保持し、照明系ユニット４１によって、レチクルステージ４２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。ここで実施例１および実施例２のステージ装置はこれらのウエハステージ４５もしくはレチクルステージ４２として用いられる。

ここで、４６はウエハのフォーカス計測を行うフォーカススコープであり、４６Ａはウエハ上のマークおよびステージ上の基準マークを計測して、ウエハのアライメント、およびウエハとレチクル間のアライメントを行うアライメントスコープである。４７はウエハをステージ装置に供給または回収する搬送ロボットである。

このように実施例１および実施例２に係るステージ装置を露光装置に適用することで、結果として高精度な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。

このように前述の露光装置によってデバイスを製造することで、結果として高集積なデバイスを製造することができる。

平面モータを用いたステージ装置を示す図 コイル周辺部を示す図 ２つの冷却系統を示す図 干渉計の光路を示す図 露光装置を示す図 デバイス製造方法を示す図 ウエハプロセスを示す図

符号の説明

１０ 可動子
１１ 固定子
１２ 可動子カバー
１３ 可動子フレーム
１４ ヨーク
１５ コイル
１６，１８ 冷媒流路
１７ 永久磁石
１９ 第１冷却系
２０ 第２冷却系
２１ 熱伝導異方性材料
４１ 照明系ユニット
４２ レチクルステージ
４３ 縮小投影レンズ
４４ 露光装置本体
４５ ステージ装置
４６ フォーカススコープ
４６Ａ アライメントスコープ
４７ ウエハ搬送ロボット
５３ 照度センサー
５４ ウエハ
５５ Ｘ干渉計ミラー
５５Ａ Ｘ干渉計計測光
５５Ｂ Ｘ干渉計ミラーベース
５６ Ｙ干渉計ミラー
５６Ａ Ｙ干渉計計測光
５６Ｂ Ｙ干渉計ミラーベース

Claims (8)

1. 対象物を搭載した可動子が固定子上で移動可動なステージ装置において、
   前記可動子は該可動子の駆動力を発生するためのコイルと、
   該コイルを冷却するための冷却手段と、
   前記冷却手段と前記コイルとの間に設けられた、少なくとも一方向に高熱伝導率を有する熱伝導部材と、
   を有することを特徴とするステージ装置。
2. 前記冷却手段は、前記コイルを囲む筐体の壁面内部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記熱伝導部材はシート状部材であり、前記壁面と前記コイルに接触するように設けられることを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
4. 前記冷却手段は、内部に冷媒を循環させる複数の冷却管を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のステージ装置。
5. 前記冷却手段は、少なくとも２つの冷却系とを有し、各冷却系は独立に温調されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のステージ装置。
6. 前記熱伝導部材は熱異方性材料を有す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。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のステージ装置を用いて、基板を位置決めすることを特徴とする露光装置。
8. 請求項７に記載の露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。

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