JP2008159677A - ステージ装置および露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却のための配管によるステージ位置決め精度の劣化を低減したステージ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 ステージ装置は、熱媒体を保持しながら定盤に沿って移動可能なステージと、前記熱媒体に対して熱交換を行うための熱交換手段とを備え、前記熱交換手段は、前記熱交換を行う位置に前記ステージを移動させる指令を与える指令手段と、前記位置において前記熱媒体の熱交換を行う熱交換ユニットとを備える。
【選択図】 図４

Description

本発明はステージ装置に関するものであり、好適には露光装置において基板を位置決めするためのステージ装置に関する。

露光装置は、ウエハ（基板）を位置決めするためのステージ装置を備える。このようなステージ装置において、露光光に起因する熱やステージを駆動するための駆動手段に起因する熱を冷却するための機構が特許文献１に記載されている。

図１２は特許文献１に記載された冷却機構を示す図である。図において、ウエハ１１０はウエハホルダ１１２上に固定され、ウエハホルダ１１２はウエハテーブル１１４に支持されており、ウエハテーブル１１４は定盤１１６上に固定されている。

また、ウエハホルダ１１２及びウエハテーブル１１４中には熱媒体が循環する循環路１３０，１３２が設けられる。これらの循環路１３０，１３２は、温度コントロールユニット１３４，１３６にそれぞれ接続されており、温度コントロールユニット１３４，１３６によって温度が調整された熱媒体がそれぞれ供給されるようになっている。

露光動作が開始されると、露光光のエネルギーをウエハが吸収してウエハの温度が上昇し、この熱がウエハホルダを介してウエハテーブルに伝わるが、循環路１３０内の熱媒体を循環させることによって外部に熱を放出している。
特開平１０−５０５８８号公報

上述のようにウエハホルダやウエハテーブル等の移動体に熱媒体を循環させるためには、温度コントロールユニット１３４，１３６とステージとを常時接続する必要がある。

しかしながら、移動体（以下、ステージと称する）を移動する際に、温度コントロールユニット１３４，１３６とステージとを接続する配管を引きずってしまい、配管の振動などがステージの位置決めに対して外乱となってしまう。

さらに、ステージが移動していないときであっても、熱媒体として液体を用いたときには乱流が発生して配管の振動を引き起こしてしまうおそれがある。

また、配管が引きずられながら屈曲を繰り返すと、配管を構成するチューブの劣化を引き起こし、メンテナンスの回数が増えてしまう。

本発明は上述の点に鑑みなされたものであり、冷却のための配管によるステージ位置決め精度の劣化を低減したステージ装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明のステージ装置は、熱媒体を保持しながら定盤に沿って移動可能なステージと、前記熱媒体に対して熱交換を行うための熱交換手段とを備え、前記熱交換手段は、前記熱交換を行う位置に前記ステージを移動させる指令を与える指令手段と、前記位置において前記熱媒体の熱交換を行う熱交換ユニットとを備える。

本発明によれば、冷却のための配管によるステージ位置決め精度の劣化を低減したステージ装置を提供することができる。

（実施例１）
図１は実施例１に係るステージ装置の側面図、図２はステージ装置の平面図を示す。本実施例では露光装置においてウエハを位置決めするウエハステージの例を説明する。

光源２７から導光された光はレチクル（原版）２８に照射される。このレチクル２８上には、ウエハ５上に露光しようとする回路パターンがクロムなどによって形成されている。レチクル２８を通過した光は、投影光学系２９により縮小されてウエハ５上に照射され、回路パターンがウエハ５に投影露光される。

ステージ装置１００は、静電チャック（保持手段）６を介してウエハ５を搭載するステージ１０と、ステージ１０を支持する定盤１と、ステージ１０を定盤１に対して駆動するための駆動手段と、ステージ１０の位置を計測する干渉計１１等を備える。

ステージ１０の下面にはステージ１０の重量を支持する軸受８が設けられ、ステージ１０は定盤１の表面に沿った２次元（ＸＹ）方向に案内される。

ステージ１０を駆動する駆動手段は、ステージ１０下面に格子状に設けられた複数の永久磁石４と、定盤１に設けられた複数のコイルＣ１〜Ｃ１８を備えるコイル群２とを備える。コイル群２を構成するコイルＣ１〜Ｃ１８は、Ｙ方向を長辺としており、Ｘ方向に並べられる。これらのコイルのうち、永久磁石４と対向す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する。複数の永久磁石４はＮ極とＳ極が２次元で交互になるように並べられており、これにより周期的な磁束がコイルを通過する。コイル群２の下方にはコイル群３が設けられ、コイル群３はＸ方向を長辺としており、Ｙ方向に並べられた複数のコイルを備える。このような駆動手段によって、ステージ１０はＸＹ方向に駆動される。また、ステージ１０はＸＹＺ方向およびそれぞれの周りの回転方向に駆動可能としてもよい。

ステージ１０上にはミラー９が配置され、干渉計１１から照射されるレーザー光はミラー９に反射される。この反射光を用いてステージ１０の位置が計測される。ステージ１０は干渉計１１によって計測された位置と目標位置にもとづいて制御される。

また、ステージ１０上にはステージ１０の温度を検出するための温度センサ７、光源から照射される光の光量を検出するための光量センサ、ウエハを位置合わせするためのセンサ等のセンサが設けられる。また、ステージ装置は各種センサや静電チャック６に電力を供給するための電力供給手段を備える。電力供給手段については後述する。

ステージ１０は、熱媒体封入手段を備える。熱媒体封入手段は、ステージ１０に設けられ、開口部を介して熱媒体を出し入れ可能なジャケット１２と、開口部を封ずる封止弁３１（図１、２においては不図示）とを備える。熱媒体封入手段１２はステージとともに移動する移動体に設けられていればよく、ウエハチャック６に設けられていてもよい。図においては、ステージ１０とウエハチャック６の両方に熱媒体封入手段が設けられており、これらは連結されている。

露光が開始されると、露光光のエネルギーを吸収してウエハ５の温度が上昇する。本実施例によれば、ジャケット１２内部に熱容量が大きい熱媒体を封入することによって、上述のウエハ５の熱によるステージ１０やミラー９の熱変形を抑えることができる。熱媒体として、たとえば水やフッ素系液体を用いるのが好ましい。ステージ１０やミラー６の熱変形を抑えることによって、ウエハ５とミラー９との間の相対距離変動が抑えられるため、レーザ干渉計の計測誤差を低減することができる。

また、本実施例では熱媒体を供給および回収するための配管をステージに常時接続していないため、露光を繰り返すうちにジャケット内部の熱媒体の温度が除々に上昇する。

そこでステージ装置１００は、熱媒体の交換を行う位置にステージを移動させる指令を与える指令手段と、その位置において熱媒体の交換を行う熱交換ユニットとを含む熱交換手段を備える。

図３は、熱交換ユニット１３による熱媒体の交換を示す図である。

熱交換ユニット１３は、熱媒体を回収する回収装置３０ａと、熱媒体を供給する供給装置３０ｂと、供給する熱媒体の温度を調節する温調装置３６等を備える。回収装置３０ａおよび供給装置３０ｂとして、例えばジャケット１２の開口部に接続可能な配管が用いられる。図３はジャケット１２の開口部に配管が接続された状態を示す。封止弁３１は、熱媒体の供給および回収を行うときに開かれる。

このような構成により、温度が上昇したジャケット１２内の熱媒体を回収し、温度が調節された熱媒体をジャケット１２内に封入することができる。

また、ステージ装置１００は熱交換コントローラ３２を備える。熱交換コントローラ３２は、熱媒体の交換を行うか否かを判断する判断手段４０と、判断手段の結果にもとづいてステージを熱交換を行う位置に移動させる指令を与える指令手段４１とを備える。以下、図４（ａ）を用いて判断手段４０を用いた判断方法について説明する。

判断手段４０は、温度センサ７の出力がステージ１０の熱変形が問題になるレベルに達したときに、熱交換を行うことを決定をする。熱変形が問題になるレベルに達したかどうかは、予め実験またはシミュレーションによって閾値を求めてメモリに記憶しておいて、この閾値と検出された値を比較してもよい。指令手段４１は、判断手段４０の結果にもとづいてステージを予めメモリに記憶された熱交換位置（図４（ｂ）の位置）まで移動するようステージコントローラ３３に指令を出す。

また、本実施例において熱交換を行う位置は投影光学系の下方とは異なる位置に配置される。したがって、判断手段は露光時に熱媒体の交換を行わないようにする。たとえばシステムコントローラ３４から露光中か非露光中かの信号を受け取り、この信号にもとづいて判断すればよい。

なお、上述の説明では温度センサの出力にもとづいて熱媒体の交換を行うか否かの判断をしたが、露光されたウエハの枚数、ウエハに露光されたショット数、ドーズ量のいずれかの値にもとづいて熱媒体の交換を行うか否かの判断をしてもよい。この場合には判断手段はシステムコントローラ３４からこれらの値を得るようにすればよい。このときにも熱変形が問題になるレベルに達したかどうかは、予め実験またはシミュレーションによって閾値を求めてメモリに記憶しておいて、この閾値と検出された値を比較すればよい。

熱媒体の交換を終えたステージ１０は再び露光やアライメントのシーケンスのために移動する。

上述のように、ステージが保持する熱媒体の熱交換を行う位置にステージを移動させて、その位置で熱媒体の熱交換を行うことによって、熱媒体を常時供給および回収しない構成にできる。すなわち、ステージの移動によって熱媒体を供給および回収するための配管を引きずることがないため、ステージ位置決め精度の劣化を低減することができる。なお、上述の説明のように熱交換を行うか否かの判断を行う判断手段を備えることがより好ましいが、判断を行わずに露光シーケンスの一部に熱交換を組み込んでもよい。

また上述の構成をＥＵＶ露光装置において採用することで、配管からのアウトガスによって真空度が劣化することを抑えることができる。

さらに、本実施例では、ステージ１０上の各種センサや静電チャック６に電力を供給する電力ケーブルを引きずらない構成としている。以下、図１〜図４を用いて電力供給手段について説明する。

電力供給手段は、コイル群２のいずれかのコイルを送電コイルとし、ステージ１０側面に支持部材１７によって支持されるコイルを受電コイル１６として備える。

また、ステージの位置に応じて、複数のコイルのうち通電するコイルを切り替える切替手段１８を備え、この切替手段１８によって送電に用いるコイルと駆動に用いるコイルを切り替えることができる。具体的には、切替手段１８は各コイルＣ１〜Ｃ１８に接続されたスイッチＳＷ１〜ＳＷ１８を備え、これらスイッチに電力供給用の給電信号１９と、ステージ駆動用の駆動信号２０が接続される。スイッチはステージの位置に応じた切替信号２１によって制御される。

ステージ３が図１の位置にあるときについて説明する。

図１の位置では受電コイル１６をコイルＣ１が対向するため、ＳＷ１を給電信号に接続してコイルＣ１を送電コイルとして使用する。また、コイルＣ４〜Ｃ１０は、永久磁石４と対向するため、ＳＷ４〜ＳＷ１０を駆動信号と接続してコイルＣ４〜Ｃ１０を駆動コイルとして使用する。コイルＣ２およびＣ３は、受電コイルとも永久磁石とも対向していないため、ＳＷ２およびＳＷ３はどちらの信号にも接続せずに開放状態とする。ステージ１０の位置はレーザ干渉計１１によって計測されており、計測された位置に応じて切替信号２１を制御することによって送電コイルと駆動コイルを適切に切り替えることが可能である。

図５は送電コイル１５と受電コイル１６を用いて電力を供給する方法を示す図である。電力の供給においては電磁誘導が利用される。送電コイル１５に電流を流すことによって矢印の方向に磁束が形成され、この磁束によって受電コイル１６に電流が流れる。送電コイルに給電信号１９として数ｋＨｚから数十ｋＨｚの交流電流２２が使用される。このようにして、静電チャックやセンサに電力を供給することが可能になる。ここで、受電コイル１６に誘導された電力は整流回路２３を通した後に使用される。

さらに、電磁誘導を利用して静電チャック６やセンサ７に用いる制御信号を送受信することもできる。これによれば、信号を送受信するための配線を引きずらない構成にすることができる。図６を用いてこれについて説明する。

送電コイル１５と受電コイル１６の両端にはそれぞれ送受信回路２６ａ，２６ｂが設けられる。送電コイル側の送受信回路２６ａは、たとえば露光装置のメインコントローラと接続される。受電コイル側の送受信回路２６ｂは、たとえば静電チャック６のＯＮ／ＯＦＦ回路２５や、各種センサからのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２４と接続される。

電力を供給しているコイルに信号を畳重させて通信すれば、電磁誘導によりこのような制御信号をやり取りすることが可能となる。ただし、給電用交流電源２２としては数ｋＨｚから数十ｋＨｚを使うので、これと周波数的に干渉がない数百ｋＨｚから数ＭＨｚの高周波信号を使う必要がある。

（実施例２）
図７を用いて実施例２におけるステージ装置について説明をする。実施例１では熱媒体を交換する構成であったのに対して、実施例２では輻射によって熱媒体の熱エネルギーを交換する構成としている。実施例２で特に言及しない箇所については実施例１と同様であるものとする。

実施例２において、ステージ装置１００はステージ１０に設けられ熱媒体４２を保持する機構と、熱媒体の熱を輻射によって外部に逃すためにステージ１０に設けられた輻射板３５ｂとを備える。熱媒体を保持する機構は、熱媒体が液体のときには実施例１と同様の熱媒体封入手段とすることができる。また、熱媒体が固体のときにはウエハの熱が熱媒体に伝わるようにステージ１０に接触した状態で締結固定されていてもよい。熱媒体が固体のときには、たとえばクロム，ジルコニウム，カーボン，タングステン，タンタル，ニオブ，鉄，銅，チタン，ニッケル，モリブデンやそれらの合金等が使用される。

また、ステージ装置１００は、熱媒体の熱交換を行う位置にステージを移動させる指令を与える指令手段と、その位置において熱媒体の熱エネルギーを交換する熱交換ユニット１４とを含む熱交換手段を備える。

熱交換ユニット１４は、熱交換を行う位置に配置される輻射板３５ａと、輻射板３５ａに設けられ輻射板３５ａの温度を制御可能な温調装置３７とを備える。温調装置３７は例えば輻射板３５ａまたはそれを支持する部材に設けた流路と、流路に温度調節された冷媒を循環させる機構を備える。輻射板３５ａの温度調節を迅速に行うためにペルチェ素子をさらに用いてもよい。

図７（ａ），（ｂ）はおける熱エネルギー交換を示す図である。図８は図７（ｂ）の平面図である。

ステージが熱媒体の熱交換を行う位置しているときに、輻射板３５ａと輻射板３５ｂはわずかな隙間Ｌを隔てて対向する。このとき輻射によって、輻射板３５ａと輻射３５ｂとの間で熱エネルギーの交換がされる。たとえば、輻射板３５ａの温度を下げることによって、露光光によって熱媒体４２に蓄積した熱が輻射板３５ｂを介して輻射板３５ａに伝達される。なお、熱伝達部３８ａ，３８ｂの部材として好ましくは、銅や銀がよい。

本実施例によれば、輻射によって非接触で熱エネルギーの交換ができるため、ゴミの発生を抑えてクリーンな環境とすることができる。また、実施例１のように熱媒体を供給および回収しないため、熱交換時に熱媒体がこぼれるおそれがない。

（実施例３）
なお、図９を用いて実施例３におけるステージ装置について説明する。実施例２では輻射を利用して熱交換をしたのに対して、実施例３では部材間の熱伝達を利用して熱交換をしている。本実施例で特に言及いない箇所については実施例２と同様であるとする。

図９は熱エネルギー交換を示す平面図である。実施例３において、ステージ装置１００は熱媒体４２を保持する機構と、熱媒体の熱を熱伝達によって外部に逃すための熱伝達部３８ｂを備える。

また、ステージ装置１００は、熱媒体の熱交換を行う位置にステージを移動させる指令を与える指令手段と、その位置において熱媒体の熱エネルギーを交換する熱交換ユニットとを含む熱交換手段を備える。

熱交換ユニット１６は、熱交換を行う位置に配置される熱伝達部３８ａと、熱伝達部３８ａに設けられ熱伝達部３８ａの温度を制御可能な温調装置３７とを備える。温調装置３７は例えば熱伝達部３８ａまたはそれを支持する部材に設けた流路と、流路に温度調節された冷媒を循環させる機構を備える。熱伝達部３８ａの温度調節を迅速に行うためにペルチェ素子をさらに用いてもよい。

図７（ａ），（ｂ）はおける熱エネルギー交換を示す図である。図８は図７（ｂ）の平面図である。

ステージが熱媒体の熱交換を行う位置しているときに、熱伝達部３８ａと熱伝達部３８ｂは接触する。このとき熱伝達によって、熱伝達部３８ａと熱伝達部３８ｂとの間で熱エネルギーの交換がされる。たとえば、熱伝達部３８ａの温度を下げることによって、露光光によって熱媒体に蓄積した熱が熱伝達部３８ｂを介して熱伝達部３８ａに伝達される。

本実施例によれば、輻射によって非接触で熱エネルギーの交換ができるため、ゴミの発生を抑えてクリーンな環境とすることができる。また、実施例１のように熱媒体を供給および回収しないため、熱交換時に熱媒体がこぼれるおそれがない。さらに輻射に比べて短時間で熱媒体の熱交換を行うことができる。

＜デバイス製造方法を示す実施例＞
次に、図１０及び図１１を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１０は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。

ステップＳ１（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Ｓ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。ステップＳ３（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Ｓ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、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。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４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Ｓ６（検査）では、ステップＳ５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、それが出荷（ステップＳ７）される。

図１１は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップＳ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップＳ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップＳ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。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が形成される。

ステージ装置の側面図を示す図 ステージ装置の平面図を示す図 実施例１における熱交換部を示す図 実施例１における熱交換のシステムを示す図 電磁誘導を用いた給電を示す図 電磁誘導を用いた信号送受信を示す図 実施例２における熱交換システムを示す図 実施例２における熱交換部を示す図 実施例３における熱交換部を示す図 デバイス製造方法を示す図 ウエハプロセスを示す図 特許文献１に記載の冷却機構を示す図

符号の説明

１ 定盤
２，３ コイル群
４ 永久磁石
５ ウエハ
６ 静電チャック
７ 温度センサ
８ 軸受
９ ミラー
１０ ステージ
１１ レーザ干渉計
１２ ジャケット
１３，１４ 熱交換部
１５ 送電コイル
１６ 受電コイル
１７ 支持部
１８ 切替手段
１９ 給電信号
２０ 駆動信号
２１ 切替信号
２２ 交流電源
２３ 整流回路
２４ Ａ／Ｄ変換器
２５ チャックＯＮ／ＯＦＦ回路
２６ａ，２６ｂ 送受信回路
２７ 光源
２８ レチクル
２９ 投影光学系
３０ａ 回収手段
３０ｂ 供給手段
３１ 封止弁
３２ 熱交換コントローラ
３３ ステージコントローラ
３４ システムコントローラ
３５ 輻射板
３６，３７ 温調装置
３８ 熱伝導部
４０ 判断手段
４１ 指令手段
４２ 熱媒体

Claims (8)

1. 熱媒体を保持しながら定盤に沿って移動可能なステージと、
   前記熱媒体に対して熱交換を行うための熱交換手段とを備え、
   前記熱交換手段は、前記熱交換を行う位置に前記ステージを移動させる指令を与える指令手段と、前記位置において前記熱媒体の熱交換を行う熱交換ユニットとを備えることを特徴とするステージ装置。
2. 前記ステージは、前記熱媒体をステージ内部に封入するための封入手段を備え、前記熱交換手段は、前記封入手段に封入された熱媒体を入れ替えることによって熱交換を行うことを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記熱交換手段は、輻射もしくは熱伝導により前記熱媒体の熱交換を行うことを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
4. 前記ステージの温度を計測する計測手段と、該計測手段の出力に基づいて前記熱交換手段が熱交換を行うか否かを判断する判断手段を備え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. 請求項１乃至４に記載のステージ装置を用いて基板または原版の位置決めを行うことを特徴とする露光装置。
6. 請求項２または３に記載のステージ装置を用いて基板の位置決めを行う露光装置であって、
   露光された基板の枚数、基板に露光されたショット数、ドーズ量のいずれかに基づいて、前記熱交換手段が熱交換を行うか否かを判断する判断手段を備えることを特徴とする露光装置。
7. 内部を真空雰囲気にしたチャンバ内に前記ステージが配置されることを特徴とする請求項５または６に記載の露光装置。
8. 請求項５乃至７のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   露光された基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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