JP2010197538A - 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】
エアベアリング部の機構の大型化を抑えることが可能で高精度なステージ装置を提供する。
【解決手段】
ステージ装置１００は、基準面内のＸ方向及びＸ方向と直交するＹ方向にステージ８を駆動するステージ装置であって、ステージ８をＸ方向に駆動するリニアモータ１２と、ステージ８をＸ方向及びＹ方向に駆動するリニアモータ９と、Ｙ方向に延びて、リニアモータ１２がＸ方向に移動するのを規制するヨーガイド３と、ヨーガイド３に向けて気体を噴出することにより、ヨーガイド３に対してＸ方向に所定の距離だけ離れて設けられたヨースライダ６と、ステージ８の移動に伴いヨースライダ６に対してＸ方向に所定の力が発生した場合、この所定の力を相殺するようにリニアモータ９を制御する制御手段とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明はステージ装置に係り、特に、露光装置に用いられるステージ装置に関する。

従来から、半導体及び液晶デバイスの製造に用いられる露光装置では、プレート（基板）を露光するためにエアベアリングによるステージ装置（ＸＹステージ）が用いられている。例えば特許文献１には、エアベアリング及びヨーガイドを備えたステージ装置が開示されている。エアベアリングを備えたステージ装置は振動絶縁性に優れ、また、非接触で駆動可能であるため、メンテナンスが容易である。

特開２００７−１２４７９９号公報

しかしながら、液晶パネルの大型化に伴い、露光装置は大型化し、ステージ装置の重量も重くなっている。また露光装置は、タクトアップ（処理速度の向上）が要求される。このため、露光装置に設けられるステージ装置については高速化が図られ、ステージ装置のヨーガイドに対して空気を噴出するエアベアリングに要求される剛性が大きい。このため、エアベアリング及びヨーガイドが大型化し、結果として、露光装置が大型化してしまう。

本発明は、エアベアリング機構の大型化を抑えることが可能で高精度なステージ装置を提供する。

本発明の一側面としてのステージ装置は、基準面内の第１の方向及び該第１の方向と直交する第２の方向にステージを駆動するステージ装置であって、前記ステージを前記第１の方向に駆動する第１の駆動手段と、前記ステージを前記第１の方向及び前記第２の方向に駆動する第２の駆動手段と、前記第２の方向に延びて、前記第１の駆動手段が前記第１の方向に移動するのを規制する規制手段と、前記規制手段に向けて気体を噴出することにより、該規制手段に対して前記第１の方向に所定の距離だけ離れて設けられた滑動手段と、前記ステージの移動に伴い前記滑動手段に対して前記第１の方向に所定の力が発生した場合、該所定の力を相殺するように前記第２の駆動手段を制御する制御手段とを有する。

本発明の他の側面としてのステージ装置は、基準面内の第１の方向及び該第１の方向と直交する第２の方向にステージを駆動するステージ装置であって、前記ステージを前記第１の方向に駆動する第１の駆動手段と、前記ステージを前記第１の方向及び前記第２の方向に駆動する第２の駆動手段と、前記第２の方向に延びて、前記第１の駆動手段が前記第１の方向に移動するのを規制する規制手段と、前記規制手段に向けて気体を噴出することにより、該規制手段に対して前記第１の方向に所定の距離だけ離れて設けられた滑動手段と、前記距離を検出する検出手段と、前記距離が一定になるように前記第２の駆動手段を制御する制御手段とを有する。

本発明の他の側面としての露光装置は、前記ステージ装置を有する。また、本発明の他の側面としてのデバイス製造装置は、前記露光装置を用いて基板を露光するステップと、露光された前記基板を現像するステップとを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、エアベアリング機構の大型化を抑えることが可能で高精度なステージ装置を提供することができる。

実施例１におけるステージ装置の概略構成図（斜視図）である。 実施例２におけるステージ装置の概略構成図（側面図）である。 本実施例における露光装置の全体構成図である。 実施例１の制御手段における制御ブロック図である。 実施例２の制御手段における制御ブロック図である。 実施例１のステージ装置におけるヨーガイド及びヨースライダ周辺の拡大図（側面図）である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、本実施例における露光装置について説明する。図３は、本実施例における露光装置３００の全体構成図である。露光装置３００は、液晶用ガラス基板等の大型の基板にマスクのパターンを転写する走査型露光装置である。

図３に示されるように、投影光学系１０を挟んで垂直方向の上側にマスクステージ２０が配置され、下側にプレートステージ３０（基板ステージ）が配置されている。具体的には、プレートステージ３０は、後述のステージ装置１００、２００の一方を備えて構成される。マスクステージ２０及びプレートステージ３０はそれぞれ個別に移動可能であり、これらの位置は共に、レーザ干渉測長器５０により計測制御が可能である。

プレートステージ３０（ステージ装置）は、本体ベース６０上に配置したＹステージ３２およびＸステージ３３を有する。なお、Ｘ方向及びＹ方向は互いに直交する方向である。このＸＹステージ（Ｘステージ３３、Ｙステージ３２）上にθＺステージ３４が搭載され、この上にプレートチャック３５を配置し、それにより露光されるべきプレート３６が支持される。したがって、プレート３６は、プレートステージ３０によりＸ、Ｙ及びＺ方向に移動可能であると共に、ＸＹ面内でも回転可能に支持される。θＺステージ３４は、露光の際に、プレート３６の表面を投影光学系１０のプレート側焦点面に一致させるために用いられる。

マスクステージ２０は、マスクステージ基板２１と、その上に配置されたＸＹθステージ２２とを備えて構成される。マスクステージ２０の上には、投影されるべきパターンを有するマスク２３が配置される。したがって、マスク２３は、Ｘ方向及びＹ方向に移動可能であると共に、ＸＹ面内で回転可能に支持される。マスクステージ２０の上方には、マスク２３及びプレート３６の像を投影光学系１０を介して観察可能な観察光学系４０が配置されている。また、観察光学系４０の上方には、照明光学系４１が配置されている。

マスクステージ２０及びプレートステージ３０は共に、レーザ干渉測長器５０により位置計測制御が行われる。レーザ干渉測長器５０は、レ−ザヘッド５１、干渉ミラー５２、５３、θＺステージ３４に取り付けられた第１の反射ミラー５４、及び、マスクステージ基板２１に取り付けられた第２の反射ミラー５５を有する。ここで、レーザ干渉測長器５０のレーザビーム位置は、マスクステージ２０について、上下方向（投影光学系１０の光軸方向）では投影光学系１０の略マスク側焦点面に、また、水平面内では投影光学系１０の略光軸位置に設定される。また、プレートステージ３０について、水平面内では投影光学系１０の略光軸位置に設定されているが、上下方向では投影光学系１０のプレート側焦点面から下側に距離Ｌだけ変位した位置を通るように設定されている。

次に、本発明の実施例１におけるステージ装置について説明する。図１は、本実施例におけるステージ装置１００の概略構成図（斜視図）である。ステージ装置１００は、基準面内の第１の方向（図中の±Ｘ方向、以下、単に「Ｘ方向」という。）及び第１の方向と直交する第２の方向（図中の±Ｙ方向、以下、単に「Ｙ方向」という。）にステージを駆動する。

ステージ装置１００は、ステージＹ駆動部として、Ｚ方向を規制するＹガイド２、Ｘ方向を規制するヨーガイド３（規制手段）、Ｚ方向を規制するＹＬスライダ４、ＹＲスライダ５、及び、Ｘ方向を規制するヨースライダ６（滑動手段）を備える。このようなステージＹ駆動部は、ステージ８をＹ方向にのみ移動可能に構成されている。Ｙガイド２及びヨーガイド３は、除振台１の上に配置されている。規制手段であるヨーガイド３は、Ｙ方向に延びて、ステージ８を駆動するリニアモータ１２がＸ方向に移動するのを規制する。ヨーガイド３は、例えばＹ方向に５〜６ｍ程度の長さを有する。

ヨースライダ６（滑動手段）は、例えばＹ方向に１ｍ程度の長さを有する。図６は、本実施例のステージ装置１００におけるヨーガイド３及びヨースライダ６周辺の拡大図（側面図）である。図６に示されるように、ヨースライダ６にはエアパッド１６が設けられている。エアパッド１６は、Ｙ方向においてヨースライダ６に複数設けられている。不図示の空気噴出手段がヨースライダ６のエアパッド１６からヨーガイド３に向けて空気等の気体１８を噴出することにより、ヨースライダ６とヨーガイド３との間に剛性を有する空気膜が形成される。このため、ヨースライダ６は、ヨーガイド３に対してＸ方向に所定の距離（例えば、８μｍ程度のギャップＧ）だけ離れて設けられている。このように、ヨースライダ６及びヨーガイド３は、非接触のエアベアリング（空気軸受）を形成している。なお、ヨースライダ６に磁石を設け、ヨースライダ６とヨーガイド３との間に所定の引力が発生するように構成してもよい。

本実施例のステージ装置１００では、ステージ８をＹ方向に駆動する駆動用アクチュエータ（第２の駆動手段）として、リニアモータ９が用いられる。本実施例のリニアモータ９は、ステージ８をＹ方向だけでなくＸ方向にも駆動可能に構成されている。すなわちリニアモータ９は、Ｙ方向及びＸ方向の両方に駆動可能な２軸駆動リニアモータである。

また、ステージ装置１００は、ステージＸ駆動部として、Ｙ方向を規定するＸガイド７、及び、Ｙ方向及びＺ方向を規定するＸスライダを備えたステージ８を備える。このようなステージＸ駆動部は、ステージ８をＸ方向にのみ移動可能に構成されている。本実施例のステージ装置１００では、ステージ８をＸ方向に駆動する駆動用アクチュエータ（第１の駆動手段）として、リニアモータ１２が用いられる。ステージ８は、リニアモータ１２の磁力により浮上して移動可能に構成された磁気浮上ステージである。また、ステージ８の上には、例えば露光対象となる基板が載置される。

図１に示されるように、ステージＸ駆動部はステージＹ駆動部の上に設けられている。そのため、ステージ８をＹ方向に駆動する際には、ステージＸ駆動部も一緒に駆動されることとなる。

本実施例のステージ装置１００において、例えば、リニアモータ１２によりステージ８を駆動してステージ８がＸ方向に移動する際に、上述のエアベアリング（ヨーガイド３、ヨースライダ６）には所定の力（反力）がかかる。エアベアリングは、特に、ステージ８の移動が開始する際、ステージ８の移動が止まる際、又は、リニアモータ９によりステージ８がＹ方向にも同時に移動する際に、大きな反力を受ける。この反力の大きさは、ステージ８の重量、及び、ステージ８のＸ方向の駆動時における加速度等から算出されるリニアモータ１２の推力指令値（電流指令値）から推定される。本実施例のステージ装置１００は、リニアモータ１２に出力される推力指令値に基づいてヨーガイド３に対する所定の力を推定する推定手段を備える。推定手段は、ステージ８の重力やリニアモータ１２の推力指令値等と推定反力との関係を予め算出し、算出された関係を不図示の記憶手段に保持しておく。

制御手段は、ステージ８の移動に伴いエアベアリング（ヨーガイド３、ヨースライダ６）に対してＸ方向に所定の力が発生した場合、この力を相殺するようにリニアモータ９を制御する。すなわち制御手段は、リニアモータ１２に対して、ステージ８を駆動するための所定の推力指令値を出力する際、記憶手段に保持されているリニアモータ１２の推力指令値等と推定反力との関係を参照する。そして制御手段は、この関係から推定反力を求め、この推定反力を相殺するように、リニアモータ９に対して所定の推力指令値（電流指令値）を出力する。
図４は、ステージ装置１００の制御手段１４における制御ブロック図である。本実施例の制御手段１４は、制御器７１を備えて構成される。ステージ８をＸ方向に駆動する際には、本体に構成された不図示の制御手段によりリニアモータ１２に所定の推力指令値（Ｘ方向の加速度指令）を出力する。図４に示されるように、リニアモータ９を制御するための制御器７１（推定手段）は、この推力指令値に基づいて上述の推定反力を算出し、この推定反力を相殺するための信号を出力する。この信号は、リニアモータ９の推力指令値（上述の推定反力を発生させるためのＸ方向の加速度指令）となり、リニアモータ９に与えられる。このような構成により、ヨースライダ６に設けられたエアベアリングの負荷を軽減させることができる。

以上のとおり、本実施例では、Ｙ方向への駆動の際に用いられるリニアモータ９を２軸駆動可能な構成としている。そして、リニアモータ９は、Ｘ方向へのステージ駆動時の反力を軽減させる方向に力を加えることが可能に構成されている。このため、ヨースライダ６に設けられた複数のエアパッドの大きさを小さくすることができる。また、エアパッドの滑走面積が減少することにより、エアパッドをガイドするヨーガイド３の全長を短くすることが可能である。

リニアモータ９を２軸駆動可能な構成としては、例えば特開平１１−１８４０６号公報に記載されているように、Ｘ方向駆動用コイルとＹ方向駆動用コイルを備えたものを用いることができる。また、Ｘ方向駆動用コイルとＹ方向駆動用コイルとで構成された固定子で磁石を含む可動子を挟む構成も用いることができる。さらに、リニアパルスモータを用いて２軸駆動させる構成にすることも可能である。

なお、本実施例において、ヨースライダ６はヨーガイド３の一方側に配置されているが、これに限定されるものではない。たとえば、ヨースライダ６をヨーガイド３の両側を挟むように構成してもよい。

１１は、Ｘ位置計測用干渉計ミラーであり、ステージ８のＸ方向の位置を検出するために用いられるものである。また、本実施例のステージ装置１００は、ステージ８のＹ方向の位置を計測するためのミラー（不図示）も備えている。

次に、本発明の実施例２におけるステージ装置について説明する。図２は、本実施例におけるステージ装置２００の概略構成図（側面図）である。ステージ装置２００は、ヨースライダ６のエアパッドによるヨーガイド３からの浮上量（Ｘ方向におけるヨーガイド３からの距離）を検出するセンサ１３（検出手段）が設けられている点で、実施例１のステージ装置１００とは異なる。

ステージ装置２００のステージ８がＸ方向に加速すると、エアベアリング（ヨーガイド３、ヨースライダ６）に反力がかかり、浮上量（ヨーガイド３とヨースライダ６との間の距離）が減少又は増加する。この浮上量をセンサ１３により検出し、検出された浮上量が一定となるようにリニアモータ９を制御する。すなわち、ヨーガイド３とヨースライダ６との間の距離が一定となるように、２軸駆動可能なリニアモータ９のＸ方向への駆動力を制御する。

図５は、ステージ装置２００の制御手段における制御ブロック図である。本実施例の制御手段１５は、制御器７３、７４、及び、加算器８２を備えて構成される。図５に示されるように、リニアモータ１２に出力される推力指令値（Ｘ方向の加速度指令）は制御器７３に入力される。また、エアベアリングの浮上量（ヨーガイド３とヨースライダ６との間の距離）の指令値は減算器９１に入力される。減算器９１は、この指令値からセンサ１３により検出された実際の浮上量を減算して、その結果を制御器７４に出力する。制御器７３、７４からの出力信号は加算器８２で加算され、この加算値がリニアモータ９の推力指令値（反力を発生させるためのＸ方向の加速度指令）となってリニアモータ９に与えられる。このような構成により、ヨースライダ６に設けられたエアベアリングの負荷を軽減させることができる。

このように、実施例１のステージ装置１００では、Ｘ駆動時の反力を直接推定することにより、２軸駆動可能なリニアモータ９のＸ方向への駆動力を決定していた。一方、本実施例のステージ装置２００では、Ｘ駆動時の反力により影響を受けるヨースライダ６のエアベアリングによる浮上量を制御するように、リニアモータ９のＸ方向への駆動力を決定する。

デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のステージ装置を備えた露光装置を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。

上記各実施例のステージ装置は、ＸＹステージのＸ方向を規制するガイドに垂直な方向に作用する力を軽減させる方向に、２軸駆動が可能なリニアモータの力を作用させる。このため、Ｘ方向を規制するガイドに設けられたエアベアリングへの負荷を軽減させることが可能となる。その結果、エアベアリングとして機能させるためのエアパッドの個数を必要最小限に抑制することができ、Ｘ方向を規制するガイドの全長を短くすることができる。

上記各実施例によれば、ステージ装置の精度の劣化を抑制し、かつ、エアベアリングの大型化を抑制することが可能となる。このため、エアベアリング部の機構の大型化を抑えることが可能で高精度なステージ装置及び露光装置を提供することができる。また、高精度なデバイス製造方法を提供することができる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

３：ヨーガイド
６：ヨースライダ
８：ステージ
９、１２：リニアモータ
１３：センサ
１４、１５：制御手段
１００、２００：ステージ装置
３００：露光装置

Claims (5)

1. 基準面内の第１の方向及び該第１の方向と直交する第２の方向にステージを駆動するステージ装置であって、
   前記ステージを前記第１の方向に駆動する第１の駆動手段と、
   前記ステージを前記第１の方向及び前記第２の方向に駆動する第２の駆動手段と、
   前記第２の方向に延びて、前記第１の駆動手段が前記第１の方向に移動するのを規制する規制手段と、
   前記規制手段に向けて気体を噴出することにより、該規制手段に対して前記第１の方向に所定の距離だけ離れて設けられた滑動手段と、
   前記ステージの移動に伴い前記滑動手段に対して前記第１の方向に所定の力が発生した場合、該所定の力を相殺するように前記第２の駆動手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とするステージ装置。
2. 前記第１の駆動手段に出力される推力指令値に基づいて前記滑動手段に対する前記所定の力を推定する推定手段を有し、
   前記制御手段は、前記推定手段により推定された前記所定の力を相殺するように前記第２の駆動手段を制御することを特徴とする請求項１記載のステージ装置。
3. 基準面内の第１の方向及び該第１の方向と直交する第２の方向にステージを駆動するステージ装置であって、
   前記ステージを前記第１の方向に駆動する第１の駆動手段と、
   前記ステージを前記第１の方向及び前記第２の方向に駆動する第２の駆動手段と、
   前記第２の方向に延びて、前記第１の駆動手段が前記第１の方向に移動するのを規制する規制手段と、
   前記規制手段に向けて気体を噴出することにより、該規制手段に対して前記第１の方向に所定の距離だけ離れて設けられた滑動手段と、
   前記距離を検出する検出手段と、
   前記距離が一定になるように前記第２の駆動手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とするステージ装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一に記載のステージ装置を有することを特徴とする露光装置。
5. 請求項４記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
   露光された前記基板を現像するステップと、を有することを特徴とするデバイス製造方法。