JP2009212239A - 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】大きさを抑えつつ、ステージ及び質量体の自重荷重、並びに、ステージと質量体との駆動時に生じる移動荷重による定盤の変形を抑制した位置決め装置を提供する。
【解決手段】 本発明の位置決め装置は、定盤01と、定盤01の上に支持され移動自在なステージ105と、ステージ105の移動に伴い定盤01に発生する反力を相殺する質量体06,09とを備える。定盤01は、ステージ105を支持する天板と、天板の両端縁から垂下する側板と、天板から鉛直方向下方に延びるリブ116とを有する。質量体06,09は、側板の内面及びリブの側面の少なくとも一方に取り付けられる。定盤01は、側板の底部及びリブの底部を含む少なくとも３点05で支持される。
【選択図】図１

Description

本発明は位置決め装置、露光装置及びデバイス製造方法に関する。

位置決め装置では、特に露光装置といった精度が要求される分野で用いられる場合、ステージの駆動反力が問題となる。

特許文献１には、図５、図６に示される位置決め装置が示されている。当該位置決め装置は、ガイド121，107を用いてXY方向に移動するステージ105を支持する定盤109に、Ｘ軸方向に並進可能な質量体113a,113bと、Ｙ軸方向に並進可能な質量体113c,113dとを設けている。また、定盤109には回転トルクを発生させる回転質量体を設けている。このような構成で、XY方向及びZ軸回りの回転方向のステージ駆動反力を相殺するように質量体を駆動させて駆動反力による振動の影響を低減している。

また、定盤をXY方向に移動するステージを支持する天板、側板、底板、リブで構成した位置決め装置が提案されている。XY方向に並進する質量体が底板上に取り付けられ、定盤に作用するモーメントを相殺する回転質量体としてのロータが定盤内部に取り付けられる。質量体はステージの駆動と逆方向に同じ推力で駆動することで、ステージ駆動時の反力を相殺し、ロータは定盤に作用するモーメントを相殺するようにトルクを発生させる。質量体の駆動機構は、X方向に移動するモータとY方向に移動するモータとが積み重なった２軸ステージである。質量体の駆動機構は、XY方向に移動する平面モータであってもよい。

さらに、定盤を床面に面接触させたときの床平面度に起因する定盤の変形をなくすために、定盤を床から複数箇所、例えば３箇所で支持する位置決め装置が特許文献２に開示されている。
特開平１１−２４３１３２号公報 特開２００３−５９７９７号公報

近年、デバイスの生産性向上のためにウエハの径が大きくなり、ウエハの径に比例してステージも大きくなっている。それに伴いステージの重量も大きくなっている。またスループット（単位時間内で処理できるウエハ枚数）を上げるために、ステージをより早く動かす必要があり、ステージを高い加速度で動かすようになってきている。ステージ重量の増大とステージの高加速度化によりモータの必要推力が大きくなり、モータ反力を質量体で相殺しようとするとモータ及び質量体のサイズが大きくなる。またウエハ径が大きくなることでステージのストロークも大きくなり、質量体のストロークも大きくなる。

特許文献１のように定盤の側面に質量体を設けた構成にすると、質量体やモータのサイズが大きくなるにつれて、設置スペースや重量が増大してしまう。また片持ち梁状のモータに質量体を配置する構成のため、モータを支持している定盤にはモーメントが生じ、定盤が変形するという課題がある。

質量体やロータを定盤内に配置した従来技術では、特許文献１のステージよりもサイズの小さな位置決め装置としうる。しかし、質量体及びロータの自重荷重、質量体の並進移動及びロータの回転による移動荷重に伴って、薄肉構造体である定盤の変形、特にステージを支持する定盤の天板の変形が問題となる。

薄肉構造体の定盤を変形に強い構造にするために、図７に示されるように、定盤内部の空間にリブ116を設けることが考えられる。しかし、リブ116を設けると質量体112のストロークは制限を受ける。広範囲に動くステージに対して、狭いストロークで反力を相殺するように質量体112を構成するには、質量体112の重量を増やす（ステージと質量体の質量比を増やす）必要がある。ところが、リブ116によりXY方向に駆動する範囲が制限されるため、質量体112の重量を増やすためにX方向の寸法Wを増やすことはストロークの関係上困難である。そのため質量体112の高さ寸法Hを増やすしかない。

図７において質量体112はX軸、Y軸に移動可能なモータ114a，114b，115a，115bの上に搭載されている。そのため質量体112の重量を増やすために質量体112の高さHを大きくすると、ステージと質量体112との力点間距離Lが離れることになる。両者の力点間距離Lが離れると、両者が逆方向に駆動した場合に定盤に作用するモーメントMがさらに大きくなる。モーメントMはロータ09によって相殺されるが、定盤111には内力が作用するため、定盤111を変形させようとする力が作用する。

上述の議論をまとめると以下のようになる。

(1)位置決め装置のサイズを抑制するには、定盤内部に質量体とモータ及びロータを配置する必要があるが、定盤が薄肉構造となる。薄肉構造になるとステージ及び質量体の移動荷重変形、並びに、質量体、モータ及びロータの自重変形が大きくなる。

(2)前記移動荷重を抑制するためには、リブを定盤内部に設ける必要がある。しかし、リブを設けることで質量体のストロークが制限される。そのために質量体の重量を増やす必要が生じ、質量体の高さを増やさなければならない。その結果、ステージと質量体の力点間距離が増え、定盤を変形させようとするモーメントが大きくなる。また、質量体の重量増加により自重変形がさらに大きくなる。

本発明は、大きさを抑えつつ、ステージ及び質量体の自重荷重、並びに、ステージと質量体との駆動時に生じる移動荷重による定盤の変形を抑制した位置決め装置を提供することを目的とする。

本発明は、定盤と、前記定盤の上に支持され移動自在なステージと、前記ステージの移動に伴い前記定盤に発生する反力を相殺する質量体とを備える位置決め装置であって、前記定盤は、前記ステージを支持する天板と、当該天板の両端縁から垂下する側板と、前記天板から鉛直方向下方に延びるリブとを有し、前記質量体は、前記側板の内面及び前記リブの側面の少なくとも一方に取り付けられ、前記定盤は、前記側板の底部及び前記リブの底部を含む少なくとも３点で支持されることを特徴とする。

本発明によれば、大きさを抑えつつ、ステージ及び質量体の自重荷重、並びに、ステージと質量体との駆動時に生じる移動荷重による定盤の変形を抑制した位置決め装置を提供ことができる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は位置決め装置の第1実施形態を示したものである。定盤0１上にはステージ105が移動自在に配置され、ステージ105はX方向の移動を拘束するガイド107とY方向の移動を拘束するガイド121によりXY2軸に移動可能である。ステージ105は定盤01の天板によって支持されている。定盤01は、天板と、天板の両端縁から垂下する側板と、天板から鉛直方向下方に延びるリブ116を有している。

天板、側板及びリブ116で囲まれる定盤01の内部空間には、ステージ105の移動に伴い定盤01に発生する反力を相殺する質量体06,09が設置されている。リブ116の側面にはY方向（紙面垂直方向）に移動するモータ02c（可動子）、02d（固定子）が取り付けられている。また定盤01の側板の内面にもY方向に移動するモータ02a（固定子）、02b（可動子）が取り付けられている。モータ02a〜02dは、ローレンツタイプのリニアモータであっても、パルスモータタイプのリニアモータであってもよい。モータ02a〜02dの間に、X方向に移動するモータ03a（固定子）、03b（可動子）が設けられている。モータ03a、03ｂには、ステージ105の移動に伴い定盤01に発生する並進方向の反力を相殺する第1質量体04が取り付けられている。また定盤01の側板の内面には、モータ02a，02bに加えて、ステージ105の移動に伴い定盤01に発生するX軸回りの回転方向の反力を相殺する第２質量体としてのロータ09が取り付けられている。図示されていないが、Y軸回りの回転方向の反力を相殺するロータ09も定盤01の側板の内面に取り付けられている。すなわち、質量体は、側板の内面及びリブ116の側面の少なくとも一方に取り付けられうる。

定盤01は、定盤01内部にあるリブ116の底部と定盤01の側板の底部を含む３つの支持点05で支持されている。支持点の数は３点以上なら何点でもよい。

図２は図１をAの視線から見た図である。図２に示されるように、本実施形態の位置決め装置は、第１質量体及び第2質量体を複数組有している。

ロータ第１質量体04及びX,Yモータ02a〜02d，03a，03bで構成された２組の反力相殺ユニット06は、定盤01の重心CMを通る鉛直方向の線に対して対角となるように配置されている。第１質量体04が加減速した場合その反力Fは定盤01に作用する。定盤01の重心CMを通る鉛直方向の線に対して点対称な位置に設置された複数組の反力相殺ユニット06が反力を作用させた場合、モーメントがΘｚ方向に作用しない。なおXYZの3軸回りのモーメントを相殺するために、ロータ09が３つ設けられている。

図３は図１における円B部分（反力相殺ユニット06周辺）を拡大した図である。第１質量体04及びXモータ可動子03ｂが紙面右方向に動いた場合、第１質量体04及びXモータ可動子03ｂの移動荷重によりリブ116に加わる荷重が大きくなる。つまり可動部の移動に伴い定盤01に作用する荷重が変動することになる。リブ116の下に支持点05bが無い場合、移動荷重により定盤が変形しようとする力が作用するが、支持点05bがリブ116の底部にあり、床によって支持されるので定盤01の変形が防止される。第１質量体04及びXモータ可動子03aが紙面左方向に動いた場合、定盤01の側板の底部にある支持点05aが支えるため、やはり定盤の変形が抑制される。また、定盤01の側板及びリブ116の底部に支持点05を設け、前記支持された定盤01の側板内面及びリブ116にロータ09及び第１質量体04とモータ02a〜02d，03a，03bを取り付けることで自重による変形も抑制される。
＜第２実施形態＞
図４は位置決め装置の第２実施形態を示したものである。定盤01より上のステージ105及びロータ09の配置は、第1実施形態と同じである。定盤01内部には第１質量体04を入れるための空間が設けられ、その空間にはリブ116が設けられる。リブ116の側面と側板の内面とを連結する凹形状の第１質量体を下方から支持する支持部材07が設けられる。支持部材07の上には2自由度に移動できる平面モータ可動子08aと固定子08bとが取り付けられている。平面モータ可動子08aの上には第１質量体04が搭載されている。平面モータはX方向とY方向との推力が同一平面上で作用するため、とても薄い。したがって、平面モータとステージ105の力点間距離Lを狭くすることができる。先に示したように力点間距離Lが小さくなることで、ステージ駆動時に発生するモーメントが小さくなるため、定盤01を変形させようとする力を小さくすることができる。

平面モータによる反力相殺ユニット06の定盤01内における配置に関しては、図２に示したのと同様に、定盤の重心CMを通る鉛直方向の線に対して点対称に配置する。

第１質量体04が紙面右方向に移動した場合、第１質量体04の移動荷重によりリブ116に作用する力が大きくなる。リブ116の底部に支持点05ｂが無い場合、移動荷重により定盤01が変形しようとする力が作用する。しかし、支持点05bによりリブ116が床によって支持され、移動荷重が床に支えられるので、定盤01の変形を抑えることができる。また支持点05によって支持されたリブ116及び定盤01の側板の内面に第１質量体04、モータ08a,08b、支持部材07及びロータ09を取り付けることで、自重変形を抑えることができる。第1実施形態では反力相殺ユニット06をリブ116に直接取り付けていた。しかし、第２実施形態では反力相殺ユニット06は、支持部材07を介して間接的に、リブ116及び定盤01の側板内面に固定されている。

反力相殺ユニット06が凹状の支持部材07で支持されているので、平面モータ08a、08bに問題が生じた場合、反力相殺ユニット06を支持部材07ごと定盤01から取り外し、問題解決後取り付けることができる。すなわち、質量体04、モータ08a,08bをまとめて取り外しできるため、ユニット化という観点からもメリットがある。
＜露光装置の実施形態＞
以下、本発明の位置決め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、照明系101、レチクルを搭載したレチクルステージ102、投影光学系103、基板（ウエハ）を搭載した基板ステージ（ウエハステージ）104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。

上述した第１実施形態又は第２実施形態の位置決め装置が、レチクルの位置決め装置及びウエハの位置決め装置の少なくとも一方として備えられている。

照明系101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。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103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。

レチクルステージ102及びウエハステージ104は、たとえば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、レチクルのパターンをウエハ上に位置合わせするためにウエハステージ104及びレチクルステージ102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。
＜デバイス製造方法の実施形態＞
次に、図９及び図１０を参照して、上述した位置決め装置を備えた露光装置を利用したデバイス製造方法の実施形態を説明する。図９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（レチクル製作）では設計した回路パターンに基づいてレチクルを製作する。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、レチクルとウエハを用いて、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１０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、露光装置によってレチクル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。

位置決め装置の第1実施形態を示す図である。 図１における矢印Aから見た図である。 図１における円B部分の拡大図である。 位置決め装置の第２実施形態を示す図である。 従来技術の上面図である。 図５の側面図である。 他の従来技術の一部透視側面図である。 露光装置を説明するための図である。 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９に示すフローチャートのステップS４におけるウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

01，109，111：定盤
02a，02d：Yモータ固定子
02b，02c：Yモータ可動子
03a：Xモータ固定子
03b：Xモータ可動子
04，112，113a〜113d：第1質量体
05a〜05c ：定盤の支持点
06：反力相殺ユニット
07：支持部材
08a：平面モータ可動子
08b：平面モータ固定子
09：第2質量体（ロータ）
105：ステージ
107：Xガイド
114a〜114b，115a〜115b：モータ
116：リブ
117：底板
121：Yガイド
５０１：照明系
５０２：レチクルステージ
５０３：投影光学系
５０４：ウエハステージ
５０５：露光装置本体

Claims (6)

1. 定盤と、前記定盤の上に支持され移動自在なステージと、前記ステージの移動に伴い前記定盤に発生する反力を相殺する質量体とを備える位置決め装置であって、
   前記定盤は、前記ステージを支持する天板と、当該天板の両端縁から垂下する側板と、前記天板から鉛直方向下方に延びるリブとを有し、
   前記質量体は、前記側板の内面及び前記リブの側面の少なくとも一方に取り付けられ、
   前記定盤は、前記側板の底部及び前記リブの底部を含む少なくとも３点で支持されることを特徴とする位置決め装置。
2. 前記質量体は、前記ステージの移動に伴い前記定盤に発生する並進方向の反力を相殺する第１質量体と、前記ステージの移動に伴い前記定盤に発生する回転方向の反力を相殺する第２質量体とを含み、
   前記第１質量体は、前記側板の内面と前記リブの側面との間に取り付けられ、
   前記第２質量体は、前記側板の内面に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
3. 前記側板の内面と前記リブの側面とを連結するとともに前記第１質量体を下方から支持する支持部材をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の位置決め装置。
4. 前記位置決め装置は、前記質量体を複数組有し、
   前記複数組の質量体は、前記定盤の重心を通る鉛直方向の線に対して点対称となるように配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の位置決め装置。
5. レチクルを位置決めするための位置決め装置及び基板を位置決めするための位置決め装置の少なくとも一方として請求項１乃至請求項４のいずれか1項に記載の位置決め装置を備え、
   前記レチクルのパターンを前記基板に投影し転写することを特徴とする露光装置。
6. 請求項５に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で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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