JP2009016385A - ステージ装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 微動ステージの回転に起因して電磁石が発生するモーメントを電磁石の制御により低減し、微動リニアモータの発熱を低減したステージ装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、第１ステージ１０４と、第１ステージ１０４上に搭載された第２ステージ１０５とを備えたステージ装置である。リニアモータ１０３は、第１ステージ１０４に対して第２ステージ１０５を位置決めする。複数の電磁石１０６ａ〜ｄは、第１ステージ１０４に対して第２ステージ１０５を加減速する。制御器は、第２ステージ１０５の回転に起因して電磁石が発生するモーメントを低減するように電磁石１０６ａ〜ｄを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステージ装置、露光装置及びデバイス製造方法に関する。

半導体素子製造に用いられる露光装置としては、ステッパと呼ばれる装置とスキャナと呼ばれる装置が知られている。ステッパは、ステージ装置上の半導体ウエハを投影レンズ下でステップ移動させながら、レチクル上に形成されているパターン像を投影レンズでウエハ上に縮小投影し、１枚のウエハ上の複数箇所に順次露光する。一方、スキャナは、ウエハステージ上のウエハとレチクルステージ上のレチクルとを投影レンズに対して相対移動させ、走査移動中にスリット状の露光光を照射しレチクルパターンをウエハに投影する。ステッパ及びスキャナは解像度及び重ね合わせ精度の性能面から露光装置の主流と見られている。

装置性能の指標の一つに、単位時間当たりに処理されるウエハの枚数を示すスループットがあげられる。高スループット実現のために、ウエハステージやレチクルステージには高速移動が要求される。低発熱で高速駆動を可能にした従来のステージシステムは粗動ステージと微動ステージとを有する。粗動ステージの加減速には粗動リニアモータを用いる。微動ステージの加減速の際には、低発熱の電磁石での加減速と微動リニアモータでの位置決めとを行うことにより、微動リニアモータの発熱を抑え、熱の影響を抑制している。
特開２００５−２４３７５１号公報

ここで、レチクルステージ上にレチクルがずれた状態で搭載されたときには、微動ステージを粗動ステージに対して回転させた状態でスキャン駆動をすることが考えられる。しかしながら、微動ステージの回転により、電磁石の力作用点がずれてしまい、これにより意図しないモーメントを発生してしまう。さらに、微動ステージの回転により、電磁石のギャップが変化してしまい、これにより意図しないモーメントを発生してしまう。このようなモーメントを微動リニアモータの回転制御により抑えようとすると、発熱量が増加し、熱的影響が出現するおそれがある。

本発明は、微動ステージの回転に起因して電磁石が発生するモーメントを電磁石の制御により低減し、微動リニアモータの発熱を低減したステージ装置を提供することを目的とする。

本発明のステージ装置は、第１ステージと、第１ステージの上に搭載された第２ステージと、第１ステージに対して第２ステージを位置決めするリニアモータと、第１ステージに対して第２ステージを加減速する複数の電磁石と、複数の電磁石を制御する制御器と、を備え、制御器は、第２ステージの回転に起因して電磁石が発生するモーメントを低減するように電磁石を制御することを特徴とする。

本発明によれば、微動ステージの回転に起因して電磁石が発生するモーメントを電磁石の制御により低減し、微動リニアモータの発熱を低減したステージ装置を提供することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

［第１の実施形態］
図１に、本発明におけるステージ装置の一例を示す。このステージ装置は、原版（レチクル）に形成されたパターンを基板上に転写する露光装置の原版（レチクル）を支持するステージとして構成されているが、基板を支持するステージ等にも使用しうる。

原版ステージ１００は、原版（レチクル）１０１を保持し、露光ポジションに原版を搬送し位置決めする。原版ステージ１００において第１ステージとしての粗動ステージ１０４は粗動リニアモータ１０２により駆動される。粗動ステージ１０４の上には第２ステージとしての微動ステージ１０５が搭載されている。微動ステージ１０５は、粗動ステージ１０４と微動リニアモータ１０３及び複数の電磁石１０６ａ〜ｄにより非接触で連結され、微動ステージ１０５は、粗動ステージ１０４に対して移動するように駆動される。複数の電磁石１０６ａ〜ｄは、粗動ステージ１０４に対して微動ステージ１０５を加減速するとともに、微動ステージ１０５の回転に起因して電磁石が発生するモーメントを低減するように制御された推力を発生する。一方、微動ステージ１０５を移動させるためのリニアモータ（微動リニアモータ）１０３は微動ステージ１０５を精密に位置決めする。このため、微動リニアモータ１０３は微動ステージ１０５の回転を制御する必要がなくなり、微動リニアモータ１０３による発熱を低減することが出来る。

ステージ装置は、粗動ステージ１０４に対する微動ステージ１０５の回転量を計測する計測器を備えている。回転量を計測する計測器は、例えば電磁石１０６ａ〜ｄと微動ステージ１０５との間に複数配置されるギャップセンサ１０８であり、複数のギャップセンサ１０８は、電磁石１０６ａ〜ｄに対する微動ステージ１０５の並進方向と回転方向の位置を測定する。回転量を計測する計測器は、非図示の原版ステージ外に置かれた微動ステージ１０５の位置を計測する複数のレーザ干渉計でもよい。

図２は複数の電磁石１０６ａ〜ｄの一例を示す図である。電磁石１０６ａのヨーク２０２と磁性体板２０１との間にわずかに隙間が空けられており、非接触により力を伝達することが出来る。電磁石本体に取付けられた駆動コイル２０３に電流を流すことによりヨーク２０２と磁性体板２０１との間に吸引力が働くようになる。また電磁石１０６ａのヨーク２０２にはサーチコイル２０４が巻かれており、誘起電圧が測定される。

図３は、複数の電磁石１０６ａ〜ｄを制御する制御器による制御系を示す。制御器は、微動ステージ１０５の駆動目標を計測器による計測結果に応じて補正する。また、制御器は、補正された駆動目標に基づいて、微動ステージ１０５の回転に起因して電磁石１０６ａ〜ｄが発生するモーメントを低減するように、複数の電磁石１０６ａ〜ｄを制御する。電磁石１０６ａ〜ｄで発生する力は、電磁石１０６ａ〜ｄと磁性体板２０１との間の磁束の二乗に比例した値となる。電磁石１０６ａ〜ｄの制御系には、加減速力に応じてその絶対値の平方根の次元となる磁束の指令値（磁束指令）３０１が制御器から送られる。サーチコイル２０４により測定される誘起電圧は積分器３０４により積分され磁束の次元となる。この出力より所望の推力を発生する磁束の大きさが算出される。さらに微動ステージ１０５の回転量をギャップセンサ等によって計測し、望む回転位置で微動ステージ１０５を駆動させるために、回転量に応じた磁束補正係数（磁束補正ゲイン）３０５を各電磁石１０６ａ〜ｄの指令値に対して乗算する。この磁束補正係数は予め予測しておくことが好ましい。回転量に対するモーメント量を予め測定し、所望の回転量を得るとともに微動ステージ１０５に発生するモーメントを打ち消すための推力補正係数をそれぞれの電磁石１０６ａ〜ｄに対して求める。推力は磁束の二乗に比例するため、磁束指令に対して入力する磁束補正係数は求めた推力補正係数の平方根とステージ回転量の関係を一次関数で近似するのが好ましい。ただし、一次以上の関数で近似しても良い。また、推力補正係数とステージ回転量を一次以上の関数で近似し、その関数の平方根を取って磁束補正係数としても良い。

図４は図３と同様に電磁石１０６ａ〜ｄに対する微動ステージ１０５の回転量を計測し、所望の回転位置で微動ステージ１０５を駆動させるために、所望の回転量に応じた磁束補正値を各電磁石の指令値に対して加算する。このとき補正値は予め予測しておくことが好ましい。回転量に対するモーメント量を予め測定し、所望の回転量を得るとともに微動ステージに発生するモーメントを打ち消すための推力補正値をそれぞれの電磁石で求める。

［第２の実施形態］
第２の実施形態を第５図に示す。第２の実施形態では、第１の実施形態に比して微動リニアモータ１０３の軸数を少なくし、電磁石１０６ａ〜ｄで並進のアシスト及び回転方向の位置決めを行う。

［第３の実施形態］
第３の実施形態を第６図に示す。第３の実施形態では、微動ステージ１０５と粗動ステージ１０４との連結部において歪ゲージ等の力測定器１０７を複数設置する。そして、この複数の力測定器１０７により微動ステージ１０５に発生するモーメントを測定し、発生したモーメントを相殺するように各電磁石１０６ａ〜ｄの磁束指令値に対しての補正値を算出する。この補正値を磁束指令値に対して乗算若しくは加算を行い推力の補正を行う。このときの力測定には微動リニアモータ１０３の反力を見ても良い。すなわち、リニアモータの電流値を検出し、検出された電流値に応じて各電磁石１０６ａ〜ｄの磁束指令値に対しての補正値を算出すればよい。

［露光装置の実施形態］
以下、本発明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。投影露光装置は図７に示すように、照明装置、原版（レチクル）を搭載した原版ステージ、投影光学系、基板を搭載した基板ステージとを有する。露光装置は、原版に形成された回路パターンを基板に投影し転写するものであり、ステップアンドリピート投影露光方式又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原版を照明し、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エキシマレーザ等を使用することができる。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、複数のレンズ素子と少なくとも一枚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。

原版ステージ及び基板ステージは、リニアモータによって移動可能である。ステップアンドスキャン投影露光方式の場合には、それぞれのステージは同期して移動する。また、原版のパターンを基板上に位置合わせするために基板ステージ及び原版ステージの少なくともいずれかに別途アクチュエータを備える。

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。

［デバイス製造の実施形態］
次に、図８及び図９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８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原版（マスク）を製作する。ステップＳ３（基板製造）ではシリコン等の材料を用いて基板を製造する。ステップＳ４（基板プロセス）は前工程と呼ばれ、マスクと基板を用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用して基板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基板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９は、ステップ４の基板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、基板の表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、基板の表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（電極形成）では、基板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、基板にイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、基板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基板に露光する。ステップＳ１７（現像）では、露光した基板を現像する。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基板上に多重に回路パターンが形成される。

第１の実施形態におけるステージ装置を示す図である。 第１の実施形態における電磁石を示す図である。 第１の実施形態における電磁石の制御系の一例を示す図である。 第１の実施形態における電磁石の制御系の別例を示す図である。 第２の実施形態におけるステージ装置を示す図である。 第３の実施形態におけるステージ装置を示す図である。 露光装置の一例を示す図である。 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図８に示すフローチャートにおけるステップＳ４の基板プロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１００：原版ステージ装置、１０１：原版（レチクル）、１０２：粗動リニアモータ、１０３：微動リニアモータ、１０４：粗動ステージ（第１ステージ）、１０５：微動ステージ（第２ステージ）、１０６a〜d：電磁石、１０７：力測定器、１０８：ギャップセンサ、２０１：磁性体板、２０２：ヨーク、２０３：駆動コイル、２０４：サーチコイル、３０１：磁束指令値、３０４：積分器、３０５：磁束補正係数、３０６：駆動アンプ、３０７：磁束補正値

Claims (8)

1. 第１ステージと、
   前記第１ステージの上に搭載された第２ステージと、
   前記第１ステージに対して前記第２ステージを位置決めするリニアモータと、
   前記第１ステージに対して前記第２ステージを加減速する複数の電磁石と、
   前記複数の電磁石を制御する制御器と、を備え、
   前記制御器は、前記第２ステージの回転に起因して前記電磁石が発生するモーメントを低減するように前記電磁石を制御することを特徴とするステージ装置。
2. 前記第１ステージに対する前記第２ステージの回転量を計測する計測器をさらに備え、
   前記制御器は、前記計測器による計測結果に基づいて前記電磁石を制御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. 前記計測器は、前記第２ステージと前記複数の電磁石とのギャップを計測する複数のギャップセンサ、または前記第２ステージの位置を計測する複数の干渉計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. 前記第２ステージに発生するモーメントを計測する計測器をさらに備え、
   前記制御器は、前記計測器による計測結果に基づいて前記電磁石を制御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. 前記制御器は、前記第２ステージの駆動目標を前記計測器による計測結果に応じて補正し、前記補正された駆動目標に基づいて前記電磁石を制御することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載のステージ装置。
6. 前記制御器は、前記第２ステージの駆動目標を前記リニアモータの電流値に応じて補正し、前記補正された駆動目標に基づいて前記電磁石を制御することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
7. 原版に形成されたパターンを基板上に転写する露光装置であって、
   前記原版及び前記基板の少なくともいずれかが、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のステージ装置により支持され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、原版に形成されたパターンを基板上に転写する工程と、
   前記パターンが転写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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