JP2009210295A - 位置決め装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶射セラミックスで形成されたステージはセラミックス層の気孔やマイクロクラックによってエアがリークしてステージの剛性が確保できないため、ステージの制御性能が低下していた。
【解決手段】 ガイド面がセラミックス溶射されたガイドおよびステージを有し、前記ガイドと前記ステージとの間のギャップをエアによる圧力と予圧マグネットによる吸引力とによって制御しながら前記ガイド面に沿って前記ステージを移動させる位置決め装置であって、前記ガイド面は、封孔処理された後に研磨されていることを特徴とする。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ガイド面がセラミックス溶射されたガイド及びステージを有し、ガイドとステージとの間のギャップをエアによる圧力と予圧マグネットによる吸引力とによって制御しながらガイド面に沿ってステージを移動させる位置決め装置に関する。また、その位置決め装置が使用されている露光装置及びその露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。

図１は、露光装置に使用されるステージの位置決め装置の典型的な構成を示す図である。また、図２は、典型的な露光装置の概略を示す図である。

原板となるフォトマスクＲに描画されたパターンは、投影光学系１６を通してレジストが塗布された基板Ｐに投影され転写される。そのため、このステージの位置決め装置はＸステージとＹステージとが設けられている。Ｘステージは、基板Ｐを載置する基板チャック７を投影光学系１６の光軸と直交するＸ軸方向に移動させるためのＸリニアモータ６と不図示のＸスライダーとによって、Ｘガイド５の案内によりＸガイド５上で浮上しながら走行する。Ｙステージは、ＸステージをＹ軸方向に移動させるためのＹリニアモータ４と不図示のＹスライダーとによって、Ｙガイド３の案内によりＹガイド３上で浮上しながら走行する。また、Ｙガイド３は支持体２により支持されている。

このステージの位置決め装置において、Ｘスライダーの背面にはともに不図示のエアパッド及び与圧マグネットが隣接して設けられている。そのエアパッドにはプレッシャエアラインによりプレッシャエアが供給され、エアパッドのパッド面に均一に空気ばねが形成される。そして、そのエアパッドは、空気ばねを形成することにより基板チャック７をＸガイド５から浮上させ、基板チャック７などからなるＸステージをＸ方向にＸガイド５に対して非接触で移動可能としている。

また、Ｙスライダーの背面にはともに不図示のエアパッド及び与圧マグネットが隣接して設けられている。そのエアパッドにはプレッシャエアラインによりプレッシャエアが供給され、エアパッドのパッド面に均一に空気ばねが形成される。そして、そのエアパッドは、空気ばねを形成することによりＸガイド５をＹガイド３から浮上させ、Ｘガイド５などからなるＹステージをＹ方向にＹガイド３に対して非接触で移動可能としている。

与圧マグネットはエアパッドによりガイドから浮上したステージを、ガイドに吸着する方向に吸引力を発生して磁石与圧を行うためのマグネットである。エアパッドによる浮上力と与圧マグネットによる吸引力により、浮上ギャップをほぼ一定に保ちつつステージをガイドに対して移動させることを可能にしている。

このような従来のステージ機構は、エアパッドによる浮上力と与圧マグネットによる吸引力により、浮上ギャップをほぼ一定に保ちつつステージをガイドに対して移動させる機構である。そのため、ガイドの材質は鋳鉄で形成するとともにその表面にセラミックス溶射でセラミックス層を形成し表面の酸化防止と硬度及び面精度のアップを図るという方策が採られていた。

一方、従来のステージにおいて、特許文献１は、ガイドの表面にセラミックス材が貼設されたステージを開示している。
特開２０００−２６０６９１号公報

しかしながら、従来のステージ機構において、溶射したままのセラミックスには通常数μｍの大きさの気孔が体積率で数％から１０％程度存在する。さらに、これらの気孔間を連結するようにマイクロクラック（微細亀裂）が存在する。これらの気孔とマイクロクラックは、基材面から皮膜表面まで開孔していることがある。エアパッドによる浮上力により浮上ギャップをほぼ一定に保ちつつステージをセラミックス溶射されたガイドに対して移動させるステージ機構において、セラミックス溶射されたガイドにこのような気孔やマイクロクラックが存在する場合がある。このような場合、気孔やマイクロクラックからエアがリークしてエアガイド機構の運動精度が損なわれることがあった。また、エアガイド機構の運動精度が損なわれることで、ステージの制御性能が著しく低下してしまうことがあった。

また、上記特許文献１に開示されているような、ガイドの表面にセラミックス材が貼設されたステージでは、与圧マグネットによる吸引力を得る為にはセラミックス材の厚さを薄くしなければならない。しかし、セラミックスの板材の厚さを薄くするには制限があり、コストが高くなってしまうという課題があった。

そこで、本発明は、エアパッドによる浮上力と与圧マグネットによる吸引力により浮上ギャップをほぼ一定に保ちつつステージをガイドに対して移動させる機構において、低コストで、ステージの制御性能の低下を防止することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明は、ガイド面がセラミックス溶射されたガイドおよびステージを有し、前記ガイドと前記ステージとの間のギャップをエアによる圧力と予圧マグネットによる吸引力とによって制御しながら前記ガイド面に沿って前記ステージを移動させる位置決め装置であって、前記ガイド面は、封孔処理された後に研磨されていることを特徴とする。

また、上記の目的を達成するための別の本発明は、その位置決め装置が使用されている露光装置及びその露光装置を用いたデバイス製造方法である。

本発明によれば、エアパッドによる浮上力と与圧マグネットによる吸引力により浮上ギャップをほぼ一定に保ちつつステージをガイドに対して移動させる機構において、低コストで、ステージの制御性能の低下を防止することができる。

以下、本発明の位置決め装置及び露光装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。ここでは、本発明の位置決め装置を、基板を保持する基板ステージの位置決め装置として用いた場合の例について説明する。

図２は、本実施形態における露光装置の概略構成図である。

露光装置１５はフォトマスクＲに形成されたパターン（例えば、ＴＦＴ回路）を、感光剤が塗布された基板Ｐ上へ投影し転写するものであって、光源１４、照明光学系１３、フォトマスクステージ１２、投影光学系１６及び基板ステージ１７などを備えている。ここで、投影光学系１６の光軸に平行方向にＺ軸が設定されている。また、光軸に垂直な面において図２の紙面に垂直方向にＸ軸が設定されており、光軸に垂直な面において図２の紙面に平行方向にＹ軸が設定されている。

光源１４は、露光光としての光線Ｌを発生するものであり、例えば、超高圧水銀ランプ等で構成されうる。光源１４から照射された光線Ｌは、反射ミラー１８で反射されて照明光学系１３に入射する。照明光学系１３は、入射された光線LをフォトマスクＲ上に集光するための光学素子を有している。

投影光学系１６は、フォトマスクＲの照明領域に存在するパターン像を基板Ｐ上に結像させるものである。基板ステージ１７は、基板Ｐを保持し、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３次元方向へ移動自在である。この基板ステージ１７上には移動鏡（Ｙ移動鏡１７ａ）が備えられている。Ｙ移動鏡１７ａには、位置計測装置であるレーザー干渉計１７ｃからレーザー光が照射され、その反射光と入射光の干渉に基づいてＹ移動鏡１７ａとレーザー干渉計１７ｃの距離が検出される構成になっている。また、これより基板ステージ１７の位置、さらには基板Ｐの位置が検出可能になっている。

したがって、フォトマスクＲを透過した光線Ｌが投影光学系１６を介して基板Ｐを照明することにより、フォトマスクＲの照明領域に存在するパターン像が基板Ｐに結像される。このように、基板Ｐの露光領域には、フォトマスクＲの照明領域にあるパターン像が形成される。そして、露光装置１５は、基板ステージ１７の位置を検出しつつ、基板ステージ１７を介して基板Ｐを２次元的に移動させながら順次露光を行うことによって、基板Ｐの露光領域にフォトマスクＲのパターンを逐次転写することができる。

図１は、本実施形態における基板ステージの位置決め装置の外観斜視図である。

本実施形態の位置決め装置は、防振・除振装置１及び定盤２と、Ｙガイド３、Ｙ駆動用リニアモータ４、Ｘガイド５、Ｘ駆動用リニアモータ６、基板チャック７を主体とする基板ステージ１７などとから構成されている。

また、基板チャック７には移動鏡としてＹ移動鏡１７ａとＸ移動鏡１７ｂとが備えられている。それぞれの移動鏡にはレーザー干渉計１７ｃからレーザー光が照射され、その反射光と入射光との干渉に基づいて、基板チャック７のＸ方向及びＹ方向の位置をそれぞれ検出している。

また、防振・除振装置１は空気式ダンパやリニアモータなどにより構成され、定盤２に加わる振動の防振・除振をする。また、それとともに、位置決め装置若しくは露光装置を移動させる場合に基板ステージ１７の姿勢の変化を抑制する。この防振・除振装置１は、定盤２と位置決め装置若しくは露光装置の設置面である例えば工場の床などとの間に配置されている。

図３は、基板ステージ１７におけるＸガイド５をＸ軸方向から見た断面図である。

Ｘガイド５はＹガイド３上をエアパッド２０から供給される（噴出する）エアによる浮上力で浮上するエアベアリング機構を有しており、図１に示されるＹリニアモータ４によってＹ軸方向に自在に移動するものである。また、エアパッド２０に隣接して与圧マグネット３０が設けられている。エアパッド２０による圧力（浮上力）と与圧マグネット３０による吸引力により、Ｘガイド５とＹガイド３との浮上ギャップをほぼ一定に保つ。なお、本実施例ではエアパッド２０及び与圧マグネット３０はＸガイド５に設けられているが、Ｙガイド３に設けられていてもよい。

図４は、基板ステージ１７におけるＸガイド５をＹ軸方向から見た断面図である。

基板チャック７はＸガイド５上をエアパッド２１から供給される（噴出する）エアによる浮上力で浮上するエアベアリング機構を有しており、図１に示されるＸガイド５に備えられるＸリニアモータ６によってＸ軸方向に自在に移動するものである。また、エアパッド２１に隣接して与圧マグネット３１が設けられている。エアパッド２１による浮上力と与圧マグネット３１による吸引力により、基板チャック７とＸガイド５との浮上ギャップをほぼ一定に保つ。なお、本実施例ではエアパッド２１及び与圧マグネット３１は基板チャック７に設けられているが、Ｘガイド５に設けられていてもよい。

図５は、セラミックス溶射されたＹガイド３の拡大断面図である。

Ｙガイド３はセラミックス層３ａと磁性体金属層３ｂとから構成される。磁性体金属層３ｂは低熱膨張鋳物により形成されており、十分な剛性を有している。また、磁性体金属層３ｂとして溶接板金構造のものを用いてもよい。セラミックス層３ａはＹガイド３のガイド面（滑走面）にセラミックスが溶射されて形成されたセラミックスの層である。セラミックス層３ａは、封孔処理される前の状態を示している。

図６は、封孔処理後に平面加工されたＹガイド３の拡大断面図である。

Ｙガイド３は封孔処理後に研磨（平面研削加工）されたセラミックス層３ｃと磁性体の金属層３ｂとを備える。別の表現をすると、Ｙガイド３は、金属からなる第１部分と、前記第１部分よりもガイド面側に位置し、ガイド面が封孔処理されたセラミックからなる第２部分とを備える。

続いて、上記構成の基板ステージ１７においてＹガイド３を製造する手順について説明する。

まず、Ｙガイド３の磁性体金属層３ｂを形成する。その後、磁性体金属層３ｂにおいてＸガイド５の移動面となる面に、３００μｍ程度の厚さのセラミックス層３ａが形成されるようにセラミックスを溶射する。セラミックスの溶射は、一般的なプラズマ溶射法を用いることができる。プラズマ溶射法とは、溶射材料を加熱してプラズマ状になったガスをプラズマジェットとしてプラズマ溶射ガンから噴出させ、溶融又はそれに近い状態のファインセラミックスを基材に吹き付ける溶射方法である。

セラミックス層３ａが形成された後、水ガラス（例えば、ケイ酸ナトリウム水溶液）などを封孔剤としてこのセラミックス層３ａに含浸させ、この封孔剤を硬化させる封孔処理を施す。この封孔材は充填率８０％程度を示し、セラミックス溶射によって発生した気孔やマイクロクラックを封孔する。封孔された該セラミックス層を要求される平面度に研削加工して、例えば、平面度２μｍ以下、厚さ２００μｍ程度のセラミックス層に仕上げる。ここで、与圧マグネットの吸引力を妨げないためにセラミックス層の厚さは２００μｍ以下であることが好ましい。

次に上記の露光装置を利用したデバイス製造方法を説明する。図７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（フォトマスク作製）では設計した回路パターンに基づいて原版としてのフォトマスクを作製する。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（基板ともいう）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、上記のフォトマスクとウエハを用いて、リソグラフィー技術によっ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、これを出荷（ステップ７）する。

図８は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ１３（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１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（ＣＭＰ）ではＣＭＰ工程によって絶縁膜を平坦化する。ステップ１６（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１７（露光）では上記の露光装置を用いて、回路パターンが形成されたフォトマスクを介し感光剤が塗布されたウエハを露光してレジストに潜像パターンを形成する。ステップ１８（現像）ではウエハ上のレジストに形成された潜像パターンを現像してレジストパターンを形成する。ステップ１９（エッチング）ではレジストパターンが開口した部分を通してレジストパターンの下にある層又は基板をエッチングする。ステップ２０（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を形成する。

なお、上記実施形態は本発明を適用可能な実施形態の一例に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない限りその他の形態とすることができる。

上記のように、本発明の位置決め装置は、セラミックス溶射されたガイドのガイド面に沿ってステージを移動させる。このため、ガイド面に傷がつき盛り上がりが発生するということがなく、また、ガイドでゴミを挟み込んだ場合でもその加工硬化による盛り上がりが発生するということもないため、ステージとガイドとの擦れが発生しない。したがってガイドが損傷することなく長期間にわたって性能を維持することが可能となる。

また、本発明の位置決め装置は、セラミックス溶射されたセラミックス層を封孔処理後に研削加工する。セラミックス溶射によって発生した気孔やマイクロクラックを封孔することで高い剛性を得ることができる。さらに、セラミックス溶射によりセラミックス層を形成することで、通常、セラミックスの板材を使用する場合には制約となるその大きさに制限が無くなる。このため、例えば、今後のさらなる露光装置の大型化に対しても有効に対応できる。また、必要な部分のみにセラミックスを使用することが可能になるので、部材のコストを大幅に低減する効果もある。さらに、セラミックス層を封孔処理することで、ガイドに対してエアがリークしてステージの制御性能が低下することを防止できる。

このように本発明によれば、エアパッドによる浮上力と与圧マグネットによる吸引力により浮上ギャップをほぼ一定に保ちつつステージをガイドに対して移動させる機構において、低コストで、ステージの制御性能の低下を防止することができる。

なお、本発明は液晶ディスプレイデバイス製造用や半導体製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮影素子（ＣＣＤ）若しくは投影露光装置に使用するフォトマスクなどを製造する為の露光装置などに広く適用できる。

また、これらの露光装置以外の装置においても、例えば、測長器などワークを移動させる装置においてそのワークの移動機構及び位置決め機構に利用することができる。

本実施形態における基板ステージの位置決め装置の外観斜視図である。 本実施形態における露光装置の概略構成図である。 本実施形態における位置決め装置の基板ステージのＸガイドをＸ軸方向から見た断面図である。 本実施形態における位置決め装置の基板ステージのＸガイドをＹ軸方向から見た断面図である。 セラミックス溶射されたＹガイドの拡大断面図である。 封孔処理後に平面加工されたＹガイドの拡大断面図である。 デバイスの製造方法のフローチャートである。 図７ウエハプロセスを示す図である。

符号の説明

３ Ｙガイド
５ Ｘガイド
１２ フォトマスクステージ
１５ 露光装置
１７ 基板ステージ
２０ エアパッド
２１ エアパッド

Claims (5)

1. ガイド面がセラミックス溶射されたガイドおよびステージを有し、前記ガイドと前記ステージとの間のギャップをエアによる圧力と与圧マグネットによる吸引力とによって制御しながら前記ガイド面に沿って前記ステージを移動させる位置決め装置であって、
   前記ガイド面は、封孔処理された後に研磨されていることを特徴とする位置決め装置。
2. 前記ガイド面は、平面度が２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
3. 前記ガイドは、金属からなる第１部分と、前記第１部分よりもガイド面側に位置し、ガイド面が封孔処理されたセラミックからなる第２部分とを備え、
   前記第２部分の厚さは２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置決め装置。
4. フォトマスクのパターンを基板に投影し前記基板を露光する露光装置であって、
   前記フォトマスクを位置決めする機構および前記基板を位置決めする機構の少なくとも一方として請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の位置決め装置を備えることを特徴とする露光装置。
5. デバイス製造方法であって、
   請求項４に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   該基板を現像する工程と、
   を有することを特徴とするデバイス製造方法。

Images