JP2006237069A - ステージ装置および露光装置ならびにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 緊急時にダイナミックブレーキを働かせたときに大きなモーメントが発生する。
【解決手段】 リニアモータによって移動体を移動するステージ装置であって、緊急時には前記リニアモータが備える少なくとも１つのコイルを含む閉回路を構成してダイナミックブレーキを働かせることによって前記移動体を減速させるステージ装置において、
前記ダイナミックブレーキ時に前記コイルに流れる電流を制限する制限手段を設けたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体デバイスを製造する為の半導体製造装置等に用いるステージ装置に関するものである。

露光装置のステージ装置（ウエハステージやレチクルステージ等）において、移動ストロークの長いステージには、リニアモータが使用されている。このリニアモータにおいて、駆動中に停電が生じた場合や異常を検出した場合に、ステージを減速させて停止させる必要がある。

特許文献１および特許文献２には停電時にダイナミックブレーキ（特許文献１では回生ブレーキと表現されている）を働かせることが記載されている。これらの特許文献において、リニアモータは可動磁石とコイルを有する。停電が生じたときには、リニアモータの駆動回路においてコイルを含む閉回路を構成するようにする。このような状態で、可動磁石が移動しようとすると逆起電力が発生して、移動を妨げる向きに閉回路内で電流が流れようとする。その結果、可動磁石にはダイナミックブレーキが働き、ステージを停止させることができる。
特開２００１−０８５５０３号公報 特開２００２−１４２４９１号公報

近年の露光装置のステージ装置では、生産性を向上させるためリニアモータの推力向上がされてきている。裏を返せばダイナミックブレーキを働かせた時の制動力が大きくなってきている。

また、リニアモータはステージの両側に一対設けられることが多く、ステージの重心が一対のリニアモータの中心位置からずれている状態でダイナミックブレーキを働かせると、モーメントが発生してステージは重心周りに回転（ヨーイング）しようとする。

重心が一対のリニアモータの中心位置に配置されたとしても、ダイナミックブレーキ時に各リニアモータの推力にバラツキがあった場合には、同様にヨーイングが発生してしまう。

ステージのヨーイングは気体軸受によって支持できるが、気体軸受の浮上量を維持するためにも大きなモーメントが発生することを抑制することが望まれる。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、緊急時にダイナミックブレーキを働かせたときに大きなモーメントが発生することを抑制することを目的とする。

上記目的を解決するために本発明では、リニアモータによって移動体を移動するステージ装置であって、緊急時には前記リニアモータが備える少なくとも１つのコイルを含む閉回路を構成してダイナミックブレーキを働かせることによって前記移動体を減速させるステージ装置において、前記ダイナミックブレーキ時に前記コイルに流れる電流を制限する制限手段を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、緊急時にダイナミックブレーキを働かせても、簡単な構成で大きなモーメントが発生することを抑制することができる。

尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものである。

［実施例１］
図３は実施例１におけるステージ装置を示す。ステージ装置は、ベース１と、位置決めすべき対象物を搭載したステージ６と、ステージ６をＸＹ方向で長ストロークで移動させる梁７Ｘ，７Ｙと、梁７Ｘを移動させるリニアモータ２Ｘ、梁７Ｙを移動させるリニアモータ２Ｙを有する。

リニアモータ２Ｘ，２Ｙはそれぞれステージの両側に１対配置される。リニアモータは複数のコイル（固定子）と磁石４（可動子）を有し、いわゆる多相型リニアモータとなっている。磁石４はＮ極とＳ極を有し、磁石と対面しているコイルに電流を流すことによって、ローレンツ力を発生して推力を得る。

梁７Ｘ，７Ｙはそれぞれステージ６を貫通するように直交して設けられ、片方の梁がステージに力を伝達しているときに、他方の梁はガイドとして機能する。

ステージ６は気体軸受９によってベース１上を移動可能に支持される。ステージ６の自重はこの気体軸受９によって支持される。また、梁７Ｘ，７Ｙには脚部１９ａ〜１９ｄが設けられており、脚部１９ａ〜１９ｄは気体軸受９によってベース１上を移動可能に支持される。また、脚部１９ａはヨーガイド５側面との間に設けられた気体軸受８ａ，８ｂによってＹ方向に移動可能に支持される。ヨーガイド５はＹ方向に沿ってベース１に固定されており、脚部の回転を規制するために設けられる。

梁７Ｘ，７Ｙの側面とステージ６との間には気体軸受８ｃ，８ｄが設けられる。この気体軸受８ｃ，８ｄによって、梁からの推力をステージ６に伝達する。

ステージ６上には位置計測用のバーミラー１０が設けられている。バーミラー１０は、Ｘ方向に垂直な反射面を有するバーミラー１０Ｘと、Ｙ方向に垂直な反射面を有するバーミラー１０Ｙを備え、レーザ干渉計１１Ｘ，１１Ｙから照射される計測光を反射面で反射する。

レーザ干渉計１１Ｘ，１１Ｙによって計測されたステージ６の位置計測値は制御装置に送られる。制御装置は目標値と計測された計測値にもとづいて、リニアモータ２Ｘ，２Ｙのうち通電するコイルを切り替えるための信号と電流制御信号を出力する。

図４を用いて、ダイナミックブレーキ時に発生するモーメントについて説明する。図において、ステージ６は両側のリニアモータの中心位置１８よりも＋Ｘ方向に位置している。この状態で、リニアモータ２Ｙにダイナミックブレーキを働かせると、梁７Ｘ，７Ｙはモーメント力を受けて回転しようとする。梁が回転すると、その力はステージ６に伝達されるためステージも重心位置の周りの回転しようとする。

ステージ６のＹ方向における回転（ヨーイング）は気体軸受８ａ，８ｂによって支持しているが、モーメントが大きいと気体軸受の浮上量（空隙）を維持できないおそれがある。

図１、図２は、上述のリニアモータの制御ブロック図を示す。

電流制御回路１４において所定の電流に制御された電流はリニアモータ２のコイルＣ３に供給される。コイルセレクタ１３は制御装置からのコイル切り替え信号にもとづいて通電するコイルを切り替える。図３のように磁石４がコイルＣ３と対向している場合は、図１のようにコイルセレクタを選択する（以下、閉じたスイッチを●で示す）。図１の点線の矢印が電流の流れを示す。正常に装置が動作しているときには、ブレーキ信号により非常停止スイッチ１２は開放される。

停電の場合や、システムに何らかの異常が発生した場合には、ステージを速やかに停止させなければならない。ここで、非常時にコイルの両端をスイッチで閉じて閉ループを構成し、誘導電流によるダイナミックブレーキを働かせてステージを減速させる。

図２にはダイナミックブレーキ動作時の制御ブロック図を示す。システムに何らかのトラブルが発生し、非常停止時する場合にはブレーキ信号によりスイッチ１２が閉じられる。それと同時に、コイル切り替え信号により全コイルを選択しコイルセレクタ１３を閉じる。

コイルＣ３とコイルＣ６は離れた位置にあるため、磁石４が同時に対向することはないため、一方をダイナミックブレーキ用コイルに、もう一方を電流制限抵抗として使うことが出来る。非常時にはコイルＣ１とコイルＣ４、コイルＣ２とコイルＣ５、コイルＣ４とコイルＣ６がスイッチ１２によって直列に接続される。ダイナミックブレーキ動作時は、コイルＣ３で発生した誘導電流がコイルＣ６を通り閉ループを構成する。電流値が半分になるためダイナミックブレーキによる制動力も半分になる。

従って図４のように重心がずれた状態でダイナミックブレーキをかけた場合であってもダイナミックブレーキによる制動力を制限することで、大きな回転が発生することを抑制することができ、それによって気体軸受８の浮上量を維持することができる。気体軸受の浮上量を維持することにより、軸受が損傷する可能性がなくなり、装置の安全性および信頼性が向上する。

なお、本実施例ではＸ方向とＹ方向でステージの両側にリニアモータを配置した田の字型構成を説明したが、特開２００２−１４２４９１号公報に記載されているようなステージ構成でもよく適宜変更しうる。

また、多相型リニアモータは３相でも２相でもよく、リニアモータを駆動するための電流制御の方法についても実施例の記載に限られるものではない。

［実施例２］
図５は第２の実施例を示すブロック図である。本実施例ではダイナミックブレーキによる制動力を外付けの電流制限手段、たとえば抵抗１７などで調整しようとするものである。ステージ構成など、実施例１と同様の構成については詳細な説明を省略する。抵抗は抵抗値の異なるものを複数個配置しておき、抵抗切り替えスイッチ１６により選択して直列に接続できるような構成とする。図中の抵抗値の関係は、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３とする。図示していないが、それぞれのコイルに同様の抵抗が接続されているものとする。

図５ではステージ６の重心１５は中心位置１８にあり、両側のリニアモータ２Ｘ，２Ｙまでの距離は等しく、Ｘ１＝Ｘ２の関係にある。ステージ駆動中に何らかの異常が検出された場合は、ダイナミックブレーキを働かせてステージを減速させる。両側のリニアモータまでの距離が等しい場合は両側のダイナミックブレーキによる制動力がＦ１＝Ｆ２となるように、左右の抵抗切り替えスイッチを切り替えてそれぞれ抵抗Ｒ２を選択すれば、ステージにモーメントが働かない。より小さい抵抗値Ｒ３を選択すればダイナミックブレーキによる制動力を強めることができ、この場合には停止距離を短くできる。

図６ではステージ６は可動範囲の端に寄っており、この状態で両側に同じ力のダイナミックブレーキを働かせると重心周りにモーメントが働き、気体軸受の浮上量が維持できない可能性があった。

そこで、両側のダイナミックブレーキによる制動力を調整するために、重心に近い方のリニアモータでは抵抗値の小さい抵抗Ｒ３を選択し、遠い方のリニアモータでは抵抗値の大きい抵抗Ｒ１を選択する。ダイナミックブレーキによる制動力をＦ１＞Ｆ２にしておけば、ステージにモーメントが働くことはない。

図７では可動ステージ６は可動範囲の端に寄っており、この状態で両側のリニアモータに同じ制動力のダイナミックブレーキを働かせると重心周りにモーメントが働く。

そこで、両側のダイナミックブレーキによる制動力を調整するために、重心に近い方のリニアモータでは抵抗値の小さい抵抗Ｒ３を選択し、遠い方では抵抗値の大きい抵抗Ｒ１を選択する。ダイナミックブレーキによる制動力をＦ１＜Ｆ２にしておけば、ステージにモーメントが働くことはない。

［露光装置に適用した例］
以下、上述のステージ装置が適用される例示的な露光装置を説明する。露光装置は図８に示すように、照明装置５０１、レチクルを搭載したレチクルステージ５０２、投影光学系５０３、ウエハを搭載したウエハステージ５０４とを有する。露光装置は、レチクルに形成された回路パターンをウエハに投影露光するものであり、ステップアンドリピート投影露光方式またはステップアンドスキャン投影露光方式であってもよい。

照明装置は回路パターンが形成されたレチクルを照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、例えば、光源としてレーザを使用する。レーザは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長約１５３ｎｍのＦ２エキシマレーザなどを使用することができるが、レーザの種類はエキシマレーザに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザを使用してもよいし、そのレーザの個数も限定されない。光源にレーザが使用される場合、レーザ光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザ光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部に使用可能な光源はレーザに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

照明光学系はマスクを照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。

投影光学系は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子を少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。

このような露光装置は、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うる。

実施例１および実施例２におけるステージ装置をウエハステージまたはレチクルステージ、またはその両方に適用することで安全性および信頼性が高い露光装置を提供することができる。

［露光装置を用いたデバイス製造方法］
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９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１０）。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。

ステージ装置の制御回路のブロック図 ステージ装置のブレーキ時の制御回路のブロック図 田の字構成のステージ装置の平面図 田の字構成のブレーキ時のステージ装置の平面図 第２の実施例のブロック図 第２の実施例の重心移動時のブロック図 第２の実施例の重心移動時のブロック図 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

１ ベース
２Ｘ，２Ｙ リニアモータ
３ コイル
４ 磁石
５ ヨーガイド
６ ステージ
７Ｘ，７Ｙ 梁
８，９ 気体軸受
１０Ｘ，１０Ｙ バーミラー
１１Ｘ，１１Ｙ 干渉計
１２ ダイナミックブレーキ用スイッチ、
１３ コイルセレクタ
１４ 電流制御回路
１５ 重心
１６ 抵抗切り替えスイッチ
１７ 抵抗
１９ 脚部
５０１ 照明装置
５０２ レチクルステージ
５０３ 投影光学系
５０４ ウエハステージ

Claims (8)

1. リニアモータによって移動体を移動するステージ装置であって、
   緊急時には前記リニアモータが備える少なくとも１つのコイルを含む閉回路を構成してダイナミックブレーキを働かせることによって前記移動体を減速させるステージ装置において、
   前記ダイナミックブレーキ時に前記コイルに流れる電流を制限する制限手段を設けたことを特徴とするステージ装置。
2. 前記制限手段は抵抗と、前記ダイナミックブレーキ時に前記抵抗とコイルを直列に接続するスイッチとを有することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記抵抗は、前記リニアモータが有するコイルのうちダイナミックブレーキ時に推力に寄与していないコイルであることを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
4. 前記制限手段は抵抗値の異なる複数の抵抗と、前記複数の抵抗からコイルに接続する抵抗を選択する選択器を有することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
5. 前記リニアモータは前記移動体の両側に設けられ、前記制限手段はそれぞれのリニアモータでダイナミックブレーキ時にコイルに流れる電流を異ならせ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. 前記制限手段は、移動体の位置に応じてそれぞれのリニアモータでダイナミックブレーキ時にコイルに流れる電流を異ならせることを特徴とする請求項５に記載のステージ装置。
7. 原版のパターンを基板に露光する露光装置であって、請求項１〜６のいずれかに記載のステージ装置を用いて前記基板または原版を位置決めすることを特徴とする露光装置。
8. 移動体の両側に配置したリニアモータによって前記移動体を駆動するステージ装置においてダイナミックブレーキを利用して前記移動体を停止させる停止方法であって、それぞれのリニアモータに働かせる前記ダイナミックブレーキの制動力を異ならせることを特徴とする停止方法。

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