JP2007053244A - Stage equipment and its exposure device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可動台が非接触に支持された状態で任意の位置に位置決めされるステージ装置およびこのステージ装置を用いた露光装置に関するもので、特にステージの平行度を検出するセンサに関する。 The present invention relates to a stage apparatus that is positioned at an arbitrary position in a state where a movable table is supported in a non-contact manner, and an exposure apparatus that uses this stage apparatus, and more particularly to a sensor that detects the parallelism of a stage.
従来、半導体集積回路や液晶基板の回路基板を感光基板に転写するために、投影露光装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a projection exposure apparatus has been proposed in order to transfer a semiconductor integrated circuit or a circuit board of a liquid crystal substrate onto a photosensitive substrate (for example, see Patent Document 1).
近年マスクパターンの微細化が進み、そこに使用されるステージ装置はより精密な位置決め性能が要求されるようになってきた。このような精密な位置決め性能を満たすステージ装置として、本願出願人らが提案したものがある(特願2005−106214号)。
図8はこのステージ装置を示す図で、(a)はステージ装置の上面図、(b)は同じくY軸方向から見た側面図である。
図において、1はステージ装置、2は固定台、3は可動台、4は浮上用電磁石、5はY軸リニアモータ、6はX軸リニアモータ、8は2次元リニアセンサである。
ステージ1は、浮上用電磁石4と、Y軸リニアモータ5と、X軸リニアモータ6と、2次元リニアセンサ8等を具備した固定台2と、Y軸リニアモータ5およびX軸リニアモータ6から位置決めされる可動台3から構成されている。
固定台2は、Y軸方向の両端が開口するとともに、下面にY軸方向に伸びる溝状の開口を備えた略矩形の形状をしており、貫通傾斜穴9が天板に設けられている。貫通傾斜穴9は可動台3または被搬送物15の位置を計測する光学式計測器の光軸を通すために、光軸に沿って傾斜して貫通している。光軸が被搬送物15に当たるように可動台3と交わる箇所に穴16が設けられている。
固定台2は、互いに平行に配置された2組のY軸リニアモータ5と片側に所定間隔を開けて配置された2組のX軸リニアモータ6を備えている。
また、固定台2の天板2aと底板2bには、浮上用電磁石4、Y軸リニアモータ5およびX軸リニアモータ6の固定子が上下対称に配置され、浮上用電磁石4は少なくとも3個、図8(a)では、4分割して互いに間隔を開けて光軸を避けて配置されている。
可動台3は固定台2に取り付けられた浮上用電磁石4で支持され、X軸およびY軸方向に自在に移動できる。また、可動台3の上面および下面に、浮上用磁性片17、Y軸リニアモータ5およびX軸リニアモータ6の可動子が配置されている。可動台3はX軸リニアモータ6とY軸リニアモータ5によって駆動されて、X軸およびY軸方向に自在に移動する。ただし、この例ではX軸方向のストロークはY軸方向に比べて小さい。
2次元リニアスケール7は、可動台3の中央、2組のY軸リニアモータ5の中間にY軸リニアモータ5と平行に固定されている。2次元リニアスケール7はX軸方向およびY軸方向の位置を検出する目盛を刻んだリニアスケールであり、例えば、独ハイデンハイン社の2軸座標測長システム(PP271R、PP281R)などが用いられている。
2次元リニアセンサ8は、固定台2にY方向(図8(b)で紙面に垂直方向)に所定の間隔を開けて2台取り付けられている。2次元リニアセンサ8は2次元リニアスケール7の目盛を読んで、X軸方向およびY軸方向の位置を求めるセンサであり、例えば、前述の独ハイデンハイン社のPP271R、PP281Rの2次元リニアエンコーダセンサなどが用いられている。
低精度ギャップセンサ12は、固定台2に設置されており装置の立上げ時に用いる。低精度ギャップセンサ12に対向するターゲット13(低精度ギャップセンサおよび回転検出ギャップセンサ兼用)は可動台3に配置されている。
高精度ギャップセンサ10は、可動台3の上面に設けられており装置の立上げ後の浮上制御に用いるものである。高精度ギャップセンサ10に対向するターゲット11は固定台2に配置されている。
In recent years, miniaturization of a mask pattern has progressed, and a stage apparatus used therein has been required to have more precise positioning performance. As a stage device satisfying such precise positioning performance, there is one proposed by the present applicants (Japanese Patent Application No. 2005-106214).
FIGS. 8A and 8B are views showing this stage apparatus, where FIG. 8A is a top view of the stage apparatus, and FIG. 8B is a side view of the stage apparatus as seen from the Y-axis direction.
In the figure, 1 is a stage device, 2 is a fixed base, 3 is a movable base, 4 is a levitation electromagnet, 5 is a Y-axis linear motor, 6 is an X-axis linear motor, and 8 is a two-dimensional linear sensor.
The stage 1 includes a
The
The
Further, the
The movable table 3 is supported by a levitating
The two-dimensional linear scale 7 is fixed in parallel with the Y-axis
Two two-dimensional
The low-
The high-
以上のように、非接触軸受けにて支持されたステージの場合は、非浮上時は可動台3の拘束が解かれるため固定台2に対して可動台3が2次元平面内で回転する可能性がある。その状態から浮上させても、可動台3が2次元平面で回転していれば、X軸方向およびY軸方向の位置を求める2次元リニアエンコーダのスケール7とセンサ8が許容アジマス角度範囲にないため、浮上後にエンコーダ情報を読み取ることができず、X方向およびY方向の位置決め制御を行うことができない。よって、可動台3を浮上後に回転補正を行い固定台2と平行にするための可動台平行化機構を設ける必要があった。
図8と図9を参照して可動台平行化機構を説明する。回転検出ギャップセンサ14は可動台3のX方向位置を計測し、2つのセンサ14の各信号の差分値から、固定台2に対する可動台3のX方向の傾きを求める。可動台3の傾きが、図9(a)に示すように可動台3が2次元リニアセンサ8の許容相対角度以上の傾きを持っていた場合には、互いに距離を設けて配置されている2個の直動アクチュエータ18がそのプッシャ18aで図9(b)に示すように可動台3に向けて押し出し、可動台3が固定台2の反対方向に設けた2個の位置決めブロック19に押し付けることによって、可動台3を固定台2と平行にできるというものである。
The movable table parallelizing mechanism will be described with reference to FIGS. The rotation
ところが、従来の可動台平行化機構には、回転検出ギャップセンサ14、回転検出ギャップセンサ用のターゲット13、直動アクチュエータ18などの部品の装着が必要であり、装置の小型化の支障になっていた。特に、X軸のストロークが長い場合には、回転検出ギャップセンサ14の外形寸法が大きくなるため、装置の小型をより困難にしていた。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、平面の回転角を検出でき、磁気浮上制御に必要なギャップのみ検出するセンサを設けることにより、簡素な構造でかつ小型高精度のステージ装置およびこのステージ装置を用いた露光装置を提供することを目的とする。
However, the conventional movable base collimating mechanism requires the mounting of components such as the rotation
Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and by providing a sensor that can detect a rotation angle of a plane and detect only a gap necessary for magnetic levitation control, it has a simple structure and is small and highly accurate. An object of the present invention is to provide a stage apparatus and an exposure apparatus using the stage apparatus.
上記課題を解決するため、本発明はつぎのように構成したものである。
請求項1に記載の発明は、ステージ装置に係わり、2次元平面の1軸方向の両端が開口するとともに、下面に前記軸方向に伸びる溝状の開口を備えた略矩形の形状をしかつ浮上用電磁石を配設して成る固定台と、前記浮上用電磁石に作用する浮上用磁石片を備えて非接触磁気浮上方式により前記固定台の前記開口内に支持される可動台と、前記可動台の中央に配置された2次元リニアセンサと、前記2次元リニアセンサの検出信号を基に前記可動台を2次元平面内で制御駆動するリニアモータと、から成るステージ装置において、
前記可動台が移動する2次元平面の長ストロークのY軸方向に、X軸方向のストローク長より長いスリット長さを有する磁性体スリット板を前記可動台の中心線に対し所定の間隔を開けて平行に2本配置し、前記磁性体スリット板に対向して90度位相の2相正弦波信号を発生する磁気センサを対向させてストロークセンタ付近に配置し、走行範囲全域に渡り、前記可動台の2次元平面内での回転角度を計測する回転角検出センサを設けたものである。
請求項2に記載の発明は、 前記可動台の回転角度を前記磁気センサの90度位相の2相信号を位相変調し、両端に配置されたセンサ信号の位相変調信号の位相差から求め、前記回転角度の信号を基に前記可動台の両端に設けたリニアモータの推力を制御することにより、前記可動台の2次元平面内での回転角度を補正するものである。
請求項3に記載の発明は、露光装置に係わり、真空チャンバ内に、光源と、前記光源からの光を反射・集光する光学系と、下面にマスクを取り付けることのできるマスクステージ装置と、ウエハステージとを備え、前記ステージ装置および前記ウエハステージを相対的に移動させて、前記マスク上に描かれた回路パターンの縮小像を前記ウエハ上に形成する露光装置において、前記マスクステージ装置は、請求項1〜2に記載のステージ装置を備えたものである。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1 relates to a stage apparatus, and has a substantially rectangular shape with both ends in a uniaxial direction on a two-dimensional plane open and a groove-like opening extending in the axial direction on a lower surface and floated. A fixed base provided with an electromagnet for operation, a movable base provided with a floating magnet piece acting on the floating electromagnet and supported in the opening of the fixed base by a non-contact magnetic levitation method, and the movable base A stage device comprising: a two-dimensional linear sensor disposed in the center of the sensor; and a linear motor that controls and drives the movable table in a two-dimensional plane based on a detection signal of the two-dimensional linear sensor.
A magnetic slit plate having a slit length longer than the stroke length in the X-axis direction is provided at a predetermined interval with respect to the center line of the movable table in the Y-axis direction of the long stroke of the two-dimensional plane on which the movable table moves. Two parallel sensors are arranged, and a magnetic sensor that generates a two-phase sine wave signal having a phase of 90 degrees is opposed to the magnetic slit plate, and is arranged in the vicinity of the stroke center. Is provided with a rotation angle detection sensor for measuring the rotation angle in the two-dimensional plane.
According to a second aspect of the present invention, the rotation angle of the movable table is obtained by phase-modulating a two-phase signal having a phase of 90 degrees of the magnetic sensor, and obtaining the phase difference between the phase modulation signals of the sensor signals arranged at both ends, The rotational angle of the movable table in a two-dimensional plane is corrected by controlling the thrust of linear motors provided at both ends of the movable table based on the rotation angle signal.
The invention according to
請求項1〜2に記載の発明によれば、非接触軸受けにて支持された可動台が非浮上時に2次元平面で回転していても、まず、可動台の回転角度信号を基に可動台をX軸方向およびY軸方向に駆動するリニアモータによって回転補正し、次に、X軸方向およびY軸方向の精密位置決めに用いるエンコーダ信号による位置制御に切り替え、装置立ち上げを速やかに行うことができる。
可動台を浮上させる前または浮上後に可動台を回転補正し平行化するための機構を付加する必要がないため、ステージの小型化が可能である。
請求項3に記載の発明によれば、可動台が非接触に支持されたステージ装置により、簡素な構造でかつ小型で高精度の露光装置が得られる。
According to the first and second aspects of the present invention, even if the movable table supported by the non-contact bearing rotates in a two-dimensional plane when not levitating, first, the movable table is based on the rotation angle signal of the movable table. Is rotated by a linear motor that drives in the X-axis direction and the Y-axis direction, and is then switched to position control by encoder signals used for precise positioning in the X-axis direction and Y-axis direction, so that the apparatus can be started up quickly. it can.
Since there is no need to add a mechanism for correcting and collimating the movable table before or after the movable table is levitated, the stage can be reduced in size.
According to the third aspect of the present invention, an exposure apparatus having a simple structure, a small size, and high accuracy can be obtained by the stage apparatus in which the movable table is supported in a non-contact manner.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明に係わる可動台3の回転角度を検出するセンサ配置を示すステージ装置の上面図と側断面図である。
図において、6、6a、6bはX軸リニアモータ、20、20a、20bは回転角度検出センサヘッド、21、21a、21bは磁性体スリット板である。その他の符号は従来例と同じである。
回転角度検出センサヘッド20a、20bは、固定台2にX軸方向(図1(b)で紙面に水平方向)に所定の間隔を開けて2個配置されている。可動台3上には、X軸方向にストローク長より長いスリット長を有し、かつY軸方向にスリットピッチ間隔をPとした配列の図23に示す磁性体スリット板21a、21bが、所定の間隔を開けて設置される回転角度検出センサヘッド20a、20bに対向して固定台3に装着されている。回転角度検出センサヘッド20a、20bと磁性体スリット板21a、21bは、数百ミクロン〜数ミリの空隙を介して対向配置される。磁性体スリット板21a、21bは、エッチング等の加工技術により、たとえば、ケイ素鋼板等の磁性体にスリットを形成して製作される。
回転角度検出センサヘッド20は、図3に示すように、それぞれMR素子23〜26からなる磁気センサと、バイアス磁束を発生させるバイアス磁石27、図4の基本検出回路が一体になったもので構成され、MR素子23〜26の抵抗変化を電圧信号に変換する。MR素子23〜26は磁性体スリット板21のスリット22のピッチ間隔をPとしたとき、P/4のピッチ間隔で各磁気センサヘッド内に配列されている。図5は回転角度検出センサヘッド20a、20bの信号を受けて回転角度を求める信号処理回路である。
可動台3の回転角度検出原理について説明する。可動台3が走行すると図1の回転角度検出センサヘッド20a、20bの下をスリット磁性体板21a、21bのスリット22が通過し、スリット22の有無に伴う磁束変化によりMR素子23〜26の抵抗値が変化する。この抵抗変化は図5の基本検出回路で90度位相の異なるA相、B相の正弦波信号に変換されて出力される。各信号を位相変調回路28a、28bで位相変調する。ここで、位相変調とは、磁性体スリットの移動によるスリット変位量をx、A相信号VAとB相信号VBをそれぞれ
VA=V0sin(2π・x/P) (1)
VB=V0cos(2π・x/P) (2)
としたとき、それぞれ振幅がV1で角周波数ωt(2π・x/P<<ωt)の搬送波V1sinωt、V1cosωtで平衡変調して加算するものであり、被変調信号Sは、次のように表すことができる。
S=V0V1sin(2π・x/P)sinωt+V0V1cos(2π・x/P)cosωt
=(V0V1/2){(cos(ωt−2π・x/P)−cos(ωt+2π・x/P)
+cos(ωt−2π・x/P)+cos(ωt+2π・x/P))
=V0V1cos(ωt−2π・x/P) (3)
すなわち、A相、B相信号の電圧信号を角周波数ωtの搬送波で平衡変調して加算すれば、x変位すると被変調信号Sの位相が2π・x/Pだけ変化することになり、磁性スリットの変位情報を位相信号に変換することができる。
例えば、図6に示すように、可動台3が2次元平面で回転していると、2つの回転角度検出センサヘッド20a、20bの出力間に位相差が生じる。回転角度検出センサヘッド20aから得られる位相変調信号Sと回転角度検出センサヘッド20bから得られる位相変調信号Sの位相を比較すると、位相変化から可動台3の回転角度を求めることができる。可動台3が2次元平面で回転が生じていない場合には位相差は生じない。
この可動台3の2次元平面での回転角を検出し、この回転角度情報を基に可動台3に装着された2組のX軸方向のリニアモータ6a、6bで可動台3の回転角を修正し、X方向およびY方向の位置を計測するリニアエンコーダのスケール7とセンサ8を許容アジマス角度範囲に調整することができる。
FIG. 1 is a top view and a side sectional view of a stage apparatus showing a sensor arrangement for detecting a rotation angle of a movable table 3 according to the present invention.
In the figure, 6, 6a, 6b are X-axis linear motors, 20, 20a, 20b are rotation angle detection sensor heads, and 21, 21a, 21b are magnetic slit plates. Other symbols are the same as in the conventional example.
Two rotation angle detection sensor heads 20a and 20b are arranged on the fixed
As shown in FIG. 3, the rotation angle detection sensor head 20 comprises a magnetic sensor comprising MR elements 23 to 26, a bias magnet 27 for generating a bias magnetic flux, and a basic detection circuit shown in FIG. Then, the resistance change of the MR elements 23 to 26 is converted into a voltage signal. The MR elements 23 to 26 are arranged in each magnetic sensor head at a pitch interval of P / 4 where P is the pitch interval of the slits 22 of the magnetic slit plate 21. FIG. 5 shows a signal processing circuit for obtaining a rotation angle in response to signals from the rotation angle detection sensor heads 20a and 20b.
The principle of detecting the rotation angle of the movable table 3 will be described. When the movable table 3 travels, the slits 22 of the slit
V A = V 0 sin (2π · x / P) (1)
V B = V 0 cos (2π x / P) (2)
And when, which respectively summed amplitude balanced modulated with V 1 angular frequency ω t (2π · x / P << ω t) of the carrier V 1 sin .omega t, with V 1 cos .omega t, the modulated signal S can be expressed as:
S = V 0 V 1 sin (2π ・ x / P) sinω t + V 0 V 1 cos (2π ・ x / P) cosω t
= (V 0 V 1/2 ) {(cos (ω t -2π · x / P) -cos (ω t + 2π · x / P)
+ Cos (ω t −2π · x / P) + cos (ω t + 2π · x / P))
= V 0 V 1 cos (ω t −2π ・ x / P) (3)
Ie, A-phase, if the addition was balanced modulation with the carrier of the angular frequency omega t a voltage signal of the B phase signal, will be when x displacement modulated signal S phase changes by 2 [pi · x / P, the magnetic The slit displacement information can be converted into a phase signal.
For example, as shown in FIG. 6, when the movable table 3 rotates on a two-dimensional plane, a phase difference is generated between the outputs of the two rotation angle detection sensor heads 20a and 20b. When the phase of the phase modulation signal S obtained from the rotation angle
The rotation angle of the movable table 3 on a two-dimensional plane is detected, and the rotation angle of the movable table 3 is determined by two sets of X-axis
図7は、本発明の実施例2を示す露光装置の説明図である。
図において、31は露光装置であり、32は露光装置31を収納する真空チャンバーである。33は光源であり、波長0.1〜400nmのEUV光を発する。34はマスクステージ装置であり、実施例1で説明した2軸位置決め装置である。マスクステージ装置34の下面にはマスク35が取り付けられている。マスク35にはウェハ36に形成される回路のパターンが描かれている。ウェハ36はウェハステージ37に載置されている。
光源33を発したEUV光は集光ミラー38で集光され、マスク35で反射され、凹面ミラー39、凸面ミラー40、41、凹面ミラー42の順に反射を繰り返して、ウェハ36に達する。また、マスクステージ装置34およびウェハステージ37は、ウェハ36の表面にマスク35上に描かれた回路パターンの縮小像をウェハ36上に形成するように、相対的に位相を合せて移動する。
FIG. 7 is an explanatory view of an exposure
In the figure,
The EUV light emitted from the light source 33 is collected by the
本発明は、半導体製造等の分野で、対象物を平面内で自在に位置決めするステージ装置として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a stage apparatus that freely positions an object in a plane in the field of semiconductor manufacturing or the like.
1 ステージ装置
2 固定台
3 可動台
4 浮上用電磁石
5 Y軸リニアモータ
6、6a、6b X軸リニアモータ
7 2次元リニアスケール
8 2次元リニアセンサ
9 貫通傾斜穴
10 高精度ギャップセンサ
11 ターゲット(高精度ギャップセンサ用)
12 低精度ギャップセンサ
13 ターゲット(低精度ギャップセンサおよび回転検出ギャップセンサ兼用)
14 回転検出ギャップセンサ
15 被搬送物
16 光軸用穴
17 浮上用磁性片
18 直動アクチュエータ
18a プッシャ
19 位置決めブロック
20、20a、20b 回転角度検出センサヘッド
21、21a、21b 磁性体スリット板
22 スリット(磁性体スリット板)
23、24、25、26 MR素子
27 バイアス磁石
28、28a、28b 位相変調回路
29 位相差検出回路
31 露光装置
32 真空チャンバ
33 光源
34 マスクステージ装置
35 マスク
36 ウェハ
37 ウェハステージ
38 集光ミラー
39 凹面ミラー
40、41 凸面ミラー
42 凹面ミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
12 Low
14 Rotation
23, 24, 25, 26 MR element 27
Claims (3)
前記可動台が移動する2次元平面の長ストロークのY軸方向に、X軸方向のストローク長より長いスリット長さを有する磁性体スリット板を前記可動台の中心線に対し所定の間隔を開けて平行に2本配置し、前記磁性体スリット板に対向して90度位相の2相正弦波信号を発生する磁気センサを対向させてストロークセンタ付近に配置し、走行範囲全域に渡り、前記可動台の2次元平面内での回転角度を計測する回転角検出センサを設けたことを特徴とするステージ装置。 A fixed base having a substantially rectangular shape having both ends in one axial direction of a two-dimensional plane and a groove-like opening extending in the axial direction on the lower surface, and a floating electromagnet disposed thereon; A movable base provided with a floating magnet piece acting on the electromagnet and supported in the opening of the fixed base by a non-contact magnetic levitation method; a two-dimensional linear sensor disposed in the center of the movable base; A stage device comprising: a linear motor that controls and drives the movable table in a two-dimensional plane based on a detection signal of a two-dimensional linear sensor;
A magnetic slit plate having a slit length longer than the stroke length in the X-axis direction is provided at a predetermined interval with respect to the center line of the movable table in the Y-axis direction of the long stroke of the two-dimensional plane on which the movable table moves. Two parallel sensors are arranged, and a magnetic sensor that generates a two-phase sine wave signal having a phase of 90 degrees is opposed to the magnetic slit plate, and is arranged in the vicinity of the stroke center. A stage device provided with a rotation angle detection sensor for measuring a rotation angle in a two-dimensional plane.
前記マスクステージ装置は、請求項1〜2に記載のステージ装置を備えたことを特徴とする露光装置。 The vacuum chamber includes a light source, an optical system that reflects and collects light from the light source, a mask stage device that can attach a mask to a lower surface, and a wafer stage on which a wafer is placed, and the stage An exposure apparatus that relatively moves the apparatus and the wafer stage to form a reduced image of the circuit pattern drawn on the mask on the wafer;
An exposure apparatus comprising the stage apparatus according to claim 1 or 2.
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