JP2010239082A - ステージ装置、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
静圧軸受手段が走査する定盤案内面の面精度を高め、渦電流をさらに低減する定盤の構成により、露光装置を高速化し、転写精度を向上するステージ装置を提供する。
【解決手段】
定盤と、該定盤面に沿って移動するステージと、該ステージを駆動する駆動手段と、前記ステージと前記定盤面との間を非接触に保つための静圧軸受手段と、前記定盤面の所定部位に対向するように前記ステージに保持された磁気手段と、を有するステージ装置において、前記磁気手段が対向する前記定盤の所定部位に磁性体を配置すると共に前記静圧軸受手段が対向する前記磁性体の表面に非磁性体を被覆したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体デバイス等を製造するための露光装置においてレチクルパターンをウエハ等の基板に結像させレチクルと基板を同期的に走査させることによって、レチクルパターン全体を露光して転写させる露光装置のステージ装置に関する。

レチクルパターン全体を露光して基板に転写する走査型の露光装置は、極めて高精度に安定して制御されるステージ装置により、原版であるレチクルと基板が同期的に走査される。 図６はレチクルを保持して走査するレチクルステージ装置の従来例を示すもので、固定された定盤１１１と、レチクルを安定的に保持し定盤１１１上を干渉計により精密位置決め制御されながら一定方向に往復移動するレチクルステージ１１０が設けられている。

また、レチクルステージ１１０の走行路に沿っての両側に配設された一対のリニアモータ固定子１１４，１１５と、レチクルステージ１１０の両側面と締結された一対のリニアモータ可動子１１６，１１７を有する。 リニアモータ固定子１１４，１１５とリニアモータ可動子１１６，１１７はそれぞれ走査方向に加速減速する一対のリニアモータ１２４，１２５を構成する。

レチクルステージ１１０の裏面には２個のエアパット１１８，１１９と、エアパット１１８，１１９を挟んで配置された予圧ユニット１２０〜１２３とからなるエアスライド１２６，１２７が設けられている。 各エアパット１１８，１１９は対向する定盤１１１の案内面に加圧空気を噴出し、その静圧によってレチクルステージ１１０を定盤１１１から浮上させるので、エアスライド１２６，１２７はレチクルステージ１１０を非接触で支持している。

図７は、レチクルステージ１１０の予圧ユニット１２０，１２２の部分をＺＸ平面で切断したときの断面図であり、予圧ユニット１２０，１２２は並列に配設した２極の磁石Ａ、Ｂと、これらの背面に接合されたバックヨークＣとからなる。 第１の磁石ＡのＮ極から出た磁束が定盤１１１を経て第２の磁石Ｂに入り、バックヨークＣを通って第１の磁石Ａに戻る磁気回路によって、レチクルステージ１１０を定盤１１１に向かって吸引する磁気吸引力を発生させる。

この磁気吸引力は各エアパットの静圧と逆向きに作用して軸受剛性を強化し、エアパットと定盤との間に５ミクロン程度のエアギャップを維持する。 そのため、各予圧ユニット１２０〜１２３の磁束を通す定盤１１１の材質は、磁性体であることが必要であり、かつ、エアパット１１８，１１９に対向する上面には高い面精度が要求される。そのために焼入れ処理を施した鉄を用いるのが一般的である。

また、定盤１１１上で定点観測すれば予圧ユニット１２０〜１２３の走査時、定盤１１１を透過する磁束密度の大きさや方向は時間変化するため、定盤表面上に渦電流が生じる。 この渦電流の経路を分断するために予圧ユニット１２０〜１２３に対向する定盤１１１の所定部位は縁層を介して複数の薄板磁性材を積層した積層磁性体１１２，１１３の側面によって構成された構造となっている。

レチクルが吸着されたレチクルステージに同期してその下方でウエハを保持しながらウエハステージが走査される。ウエハステージもレチクルステージと同様の駆動部を有し、エアスライドや定盤も同様に構成される。 上記のような定盤構造の一例としては、特開平１０−１４９９７６号公報（特許文献１）に開示されている先行技術がある。

特開平１０−１４９９７６号公報

レチクルステージ等の定盤の材質が鉄等の強磁性体であるために、エアスライド（静圧軸受装置）の予圧ユニットを構成する磁石の移動に伴って定盤に渦電流が発生するという課題がある。 この渦電流の発生により、リニアモータの駆動効率が著しく低下し、リニアモータの発熱によってレチクルステージに熱歪を発生するトラブルを誘発する。さらに発生した渦電流がジュール熱となって定盤内に拡散し、定盤の熱膨張変形を引き起こす。

これにより、定盤の案内面に沿って走査するステージ可動部の姿勢が変化し、露光装置の転写精度が悪化する。この傾向は、ステージの走査速度が大きくなるほど顕著であるため、渦電流の発生は露光装置を高速化して生産性を向上させる上での大きな障害となる。 前記の従来技術では、定盤案内面もしくは定盤案内面の少なくとも前記所定の部位が、絶縁層を介して複数の薄板磁性材を積層した積層磁性体の側面によって構成されている定盤を使用することにより、発生する渦電流損失の低減を図っている。

しかし、静圧軸受手段が前記積層磁性体の側面を走査する際、積層磁性体の側面の面精度が悪いため、軸受スキマ量が変動し、軸受剛性の低下を引き起こしている。 少なくとも積層磁性体の側面には数十μm 程度の面精度が必要とされるが、絶縁層を介して複数の薄板磁性材を積層した積層磁性体を研磨加工して数十μｍ程度の面精度を出すことは非常に困難である。 そこで、本発明は、静圧軸受手段が走査する定盤案内面の面精度を高め、渦電流をさらに低減する定盤の構成により、露光装置を高速化し、転写精度を向上するステージ装置を提供することを目的する。

上記課題を解決するための本発明のステージ装置は、定盤と、該定盤面に沿って移動するステージと、該ステージを駆動する駆動手段と、前記ステージと前記定盤面との間を非接触に保つための静圧軸受手段と、前記定盤面の所定部位に対向するように前記ステージに保持された磁気手段と、を有するステージ装置において、前記磁気手段が対向する前記定盤の所定部位に磁性体を配置すると共に前記静圧軸受手段が対向する前記磁性体の表面に非磁性体を被覆したことを特徴とする。

本発明によれば、静圧軸受手段が走査する定盤案内面の面精度を高め、渦電流をさらに低減する定盤の構成により、露光装置を高速化し、転写精度を向上する。

本発明に係る第１実施例のステージ装置の要部を示す斜視図である。 図１のＺＸ平面で切断した断面図である。 第１実施例のステージ装置の要部を示す斜視図である。 図３のＺＸ平面で切断した断面図である。 本発明のステージ装置を備えた露光装置の概略を示す構成図である。 従来のレチクルステージ装置の斜視図である。 図６のＺＸ平面で切断した断面図である。

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。以下、第１実施例のステージ装置（レチクルステージおよび基板ステージを含む）を図１と共に説明する。なお、以下の実施例ではレチクルステージについて説明する。 レチクルステージ１０は、定盤１１に沿って図示しない干渉計によりフィードバック制御されながら走査方向に往復動するステージである。一対のリニアモータ固定子１４，１５は、レチクルステージ１０の走行路の両側に配設される。

さらに、レチクルステージ１０の両側面とそれぞれ一体的に設けられた一対のリニアモータ可動子１６，１７と、リニアモータ固定子１４，１５とを有する。 そして、リニアモータ可動子１６，１７は、それぞれレチクルステージ１０を駆動する駆動手段である一対のリニアモータ２４，２５を構成する。 レチクルステージ１０はエアパット１８，１９および予圧ユニット２０〜２３で構成されるエアスライド２６，２７によって定盤１１に非接触で案内される。

各エアパット１８，１９は対向する定盤１１１の案内面に加圧空気を噴出し、その静圧によってレチクルステージ１０を定盤１１から浮上させるので、エアスライド２６，２７はレチクルステージ１０を非接触で支持している。 すなわち、レチクルステージ１０と定盤面の間を非接触に保っているので静圧軸受手段としての役目をしている。 エアパット１８，１９の両側には定盤面の所定部位に対向するようにレチクルステージ１０に保持されている磁気手段である予圧ユニット２０〜２３が配設される。

図２はレチクルステージ１０の予圧ユニット２０，２２部をＺＸ平面で切断したときの断面図を示している。 定盤１１の予圧ユニット２０〜２３に対向する案内面は非磁性体２８，２９をＺ方向に薄く積層した軟磁性体３０、３１で構成されている。予圧ユニット２０〜２３は並列に配設した２極の磁石Ａ，Ｂとこれらの背面に接合されたバックヨークＣからなる。

すなわち、高透磁率の軟磁性体３０，３１（磁性体）は、レチクルステージ１０が移動する際に、磁気手段が対向する定盤１１の所定部位の位置に配置される。非磁性体２８，２９は、レチクルステージ１０が移動する際に、静圧軸受手段が対向する位置に配置され、軟磁性体３０，３１の表面に非磁性体２８，２９が被覆されている。 そして、第１の磁石ＡのＮ極から出た磁束が軟磁性体３０，３１を経て第２の磁石Ｂに入り、バックヨークＣを通って第１の磁石Ａに戻る磁気回路によって、レチクルステージ１０を定盤１１に向かって吸引する磁気吸引力を発生させる。

この磁気吸引力は、エアパット１８，１９の静圧と逆向きに作用する予圧として軸受剛性を強化し、エアパット１８，１９と定盤１１の間に５μｍ程度のエアギャップを維持する。 エアパット１８，１９と予圧ユニット２０〜２３が定盤１１に対し一定のギャップを維持しながら走査する定盤１１の案内面は、エアギャップ量より十分小さい平面度が必要とされる。

そのため、予圧ユニット２０〜２３が走査する軟磁性体１２，１３で構成された定盤１１の案内面はＺ方向に薄く積層された非磁性体２８，３１を研磨加工することで、高い面精度の平面を容易に形成することができる。 非磁性体２８，３１には、加工性に優れたセラミックもしくは樹脂材を使用することで、走査型露光装置の転写精度を大幅に向上させることができる。また、定盤１１を構成する軟磁性体１２，１３には、金属ガラス、アモルファス合金、圧粉鉄芯のいずれかを使用する。

金属ガラス、アモルファス合金はナノ結晶組織で構成されるため、発生する渦電流の経路をナノレベルで分断することができ、発熱を大幅に抑えられ、ステージ走査速度を充分に速くすることが可能となり、露光装置の生産性の向上に大きく貢献できる。 圧粉鉄芯は純鉄、パーマロイ、センダスト合金など磁性材料を粉砕した後、圧縮形成した材料である。圧縮形成時に粉末間に高密度充填された絶縁層により発生する渦電流の経路を分断することができ、金属ガラス、アモルファス合金と同様に発熱を大幅に抑えられ、ステージ走査速度を充分に速くすることが可能となり、露光装置の生産性の向上に大きく貢献できる。 なお、前記した実施例の説明では、レチクルステージ１０が定盤１１に対して１軸方向にのみ移動する場合について説明したが、ステージは２軸方向に移動するものである。

次に、第２実施例によるウエハステージ装置を図３と共に説明するに、定盤４９と、定盤４９に沿って図示しない干渉計によりフィードバック制御されながら、互いに直交する２方向（ＸＹ軸方向）に移動するステージであるウエハステージ３２を有する。 ウエハステージ３２のＸ走行路に沿ってその両側に配設された一対のＸリニアモータ固定子４５，４７と、ウエハステージ３２のＹ走行路に沿ってその両側に配設された一対のＹリニアモータ固定子４６，４８を有する。

ウエハステージ３２の両側面とそれぞれ一体的に設けられた一対のＸリニアモータ可動子４２，４４とＹリニアモータ可動子４１、４３を有する。 Ｘリニアモータ固定子４５，４７とＸリニアモータ可動子４２，４４はそれぞれウエハステージ３２をＸ方向に加速減速する駆動手段である一対のＸリニアモータ５２，５３を構成する。 Ｙリニアモータ固定子４６，４８とＹリニアモータ可動子４１，４３はそれぞれウエハステージ３２をＹ方向に加速減速する駆動手段である一対のＹリニアモータ５４，５５を構成する。

エアパット３３〜３６と予圧ユニット３７〜４０で構成されたウエハステージ３２定盤４９に非接触で案内される。エアパット３３〜３６は定盤４９上面に加圧空気を噴出するので、その静圧によってウエハステージ３２を定盤４９から浮上させる。 各エアパット３３〜３６の間には磁気手段である予圧ユニット３７〜４０が配設される。図４はウエハステージ３２の予圧ユニット３３、３６部をＺＹ平面で切断したときの断面図を示している。 予圧ユニット３７〜４０が走行する定盤４９の案内面は非磁性体５１をＺ方向に薄く積層した軟磁性体５０で構成されている。予圧ユニット３７〜４０は並列に配設した２極の磁石Ａ，Ｂと、これらの背面に接合されたバックヨークＣとからなる。

第１の磁石ＡのＮ極から出た磁束が軟磁性体５０を経て第２の磁石Ｂに入り、バックヨークＣを通って第１の磁石Ａに戻る磁気回路によって、ウエハステージ３２を定盤４９に向かって吸引する磁気吸引力を発生させる。 この磁気吸引力は、エアパット３３〜３６の静圧と逆向きに作用する予圧として軸受剛性を強化し、エアパット３３〜３６と定盤４９の間に５μｍ程度のエアギャップを維持する。 第１実施例と同様に、このステージ構成により定盤面の面精度向上と渦電流の低減を図ることができ、露光装置の生産性と転写精度を大きく改善できる。

（露光装置の実施例）
図５は本発明のステージ装置を備えた露光装置の構成を示す概略図である。 すなわち、前記したステージ装置にレチクル（原版）または基板を保持する露光装置である。照明光学系５６から出た光は原版であるレチクル５７上に照射される。 レチクル５７は縮小投影レンズ５８上方の本発明による定盤１１に案内されたレチクルステージ１０上に保持され、ウエハ５９は縮小投影レンズ５８下方の本発明による定盤４９に案内されたウエハステージ３２に保持される。 レチクルステージ１０とウエハステージ３２が前記と同様に同期制御されながらレチクルステージ１０はＹ軸方向、ウエハステージ３２はＸＹ方向に水平駆動してレチクル５７のパターンが縮小投影レンズの倍率で縮小投影されてウエハ５９上の像面に形成する。

（デバイス製造方法の実施例）
デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して、感光剤を塗布した基板（ウェハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その露光された基板を現像する工程と、を経ることにより形成、製造される。 現像された基板を加工する工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等を含む。

１０ レチクルステージ
１１，４９ 定盤
１４，１５，４５〜４８ リニアモータ固定子
１６，１７，４１〜４４ リニアモータ可動子
２４，２５，５２〜５５ リニアモータ
１８，１９，３３，３４，３６，３９ エアパット
２０〜２３，３７〜４０ 予圧ユニット
２８，２９，５１ 非磁性体
３０，３１，５０ 軟磁性体

Claims (6)

1. 定盤と、該定盤面に沿って移動するステージと、該ステージを駆動する駆動手段と、前記ステージと前記定盤面との間を非接触に保つための静圧軸受手段と、前記定盤面の所定部位に対向するように前記ステージに保持された磁気手段と、を有するステージ装置において、
   前記磁気手段が対向する前記定盤の所定部位に磁性体を配置すると共に前記静圧軸受手段が対向する前記磁性体の表面に非磁性体を被覆したことを特徴とするステージ装置。
2. 前記磁性体は、軟磁性体であることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記ステージは、互いに直交する２方向に移動することを特徴とする請求項１または２記載のステージ装置。
4. 前記磁性体は、前記ステージが移動する際に前記磁気手段が対向する位置に配置され、
   前記非磁性体は、前記ステージが移動する際に前記軸受手段が対向する位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステージ装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のステージ装置を有し、前記ステージ装置は原版または基板を保持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、露光された前記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。

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