JP2011060867A - 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】振動を軽減するためのモードと、加速、減速するためのモードとを備えたステージ装置を提供する。
【解決手段】天板６２、第１固定子５８、第１可動子５９を有し、前記天板を所定の方向に走行させる第１リニアモータと、第２固定子５８、前記第１可動子を両側から挟むように配置された一対の第２可動子６４，６４とを有し、前記天板を前記所定の方向に走行させる第２リニアモータと、前記第２可動子の前記第１可動子と対向する面のそれぞれに配置され、前記第２リニアモータの駆動力を前記第１可動子に伝達するための一対の伝達部材６８，６８と、前記第１リニアモータ、前記第２リニアモータ及び前記一対の伝達部材を制御する制御部とを備え、制御部は、前記第２リニアモータを駆動し前記伝達部材の一方を介して前記天板を移動させる第１モードと、前記第１リニアモータ及び第２リニアモータの双方を駆動し前記天板を移動させる第２モードとを含む。
【選択図】図２

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。

近年、搭載するプレートや基板の大型化に伴い、露光装置に使用されるステージ装置の大型化が進んでいる。加えて、スループットを向上するために、ステージ装置に使用されるリニアモータ及びそれを保持する筐体も大型化し、ステージ駆動部の重量を増やす一因となっている。スループットの向上のためには、プレート等を搭載する天板の駆動加速度、駆動速度を大きくする必要がある。天板の駆動加速度、駆動速度を大きくするためには、大型のリニアモータが必要となる。しかし、露光中は天板を等速に制御するため大型のリニアモータは必要としない。一方で、天板の位置決め精度は更に上げて行く必要があり、制御性能を上げるために制御対象となるリニアモータの軽量化が必要とされている。
特許文献１には、上記問題を解決するために、天板の走行を加減速領域と等速領域に切り分けたステージ装置が開示されている。特許文献１に記載のステージ装置は、走行路の両端部分のみにおいて天板を加速、減速するリニアモータと、走行路の中央部で天板をわずかな推力で等速に維持するサブリニアモータとを備えている。

特開平８−３７１５１号公報

露光装置において、小型のマスクのパターンを大型の基板に複数回転写する場合、基板を保持する天板が一回の露光で必要とするストロークは、全ストローク内の限られた範囲である。しかし、前述した従来技術においては、天板を加速、減速するリニアモータが走行路の両端に配置されているため天板を走行路の中央部で加速、減速をすることができず、そのため天板は全ストロークを走査することとなる。

本発明は、天板の振動を軽減するためのモードと、天板を加速、減速するためのモードとの双方を備えたステージ装置を提供することを目的とする。

本発明は、ステージ装置であって、天板と、第１固定子と、前記天板に連結された第１可動子とを有し、前記天板を所定の方向に沿って走行させる第１リニアモータと、第２固定子と、前記第１可動子を前記所定の方向における両側から挟むように配置された一対の第２可動子とを有し、前記天板を前記所定の方向に沿って走行させる第２リニアモータと、前記第２可動子の前記第１可動子と対向する面のそれぞれに配置され、前記第２リニアモータの駆動力を前記第１可動子に伝達するための一対の伝達部材と、前記第１リニアモータ、前記第２リニアモータ及び前記一対の伝達部材を制御することで前記天板の移動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第２リニアモータを駆動し前記伝達部材の一方を介して前記天板を移動させる第１モードと、前記第１リニアモータ及び第２リニアモータの双方を駆動し前記天板を移動させる第２モードとを含む、ことを特徴とする。

本発明によれば、天板の振動を軽減するためのモードと、天板を加速、減速するためのモードとの双方を備えたステージ装置を提供することができる。

露光装置の外観図 ステージ装置の外観図 ステージ装置を分解した状態を示す図 加速、減速状態のステージ装置を示す図

［露光装置］
図１を用いて、本発明に係るステージ装置が適用され、レチクルのパターンを基板に転写する露光装置について説明する。投影光学系１５を挟んで垂直方向の上側にレチクル（マスク）２３を保持するマスクステージ２０が配置され、下側にプレート（又は基板）３６を保持するプレートステージ（基板ステージ）３０が配置されている。これらマスクステージ２０とプレートステージ３０はそれぞれ個別に移動可能であり、これらの移動位置はともにレーザ干渉測長器５０により計測して制御可能である。プレートステージ３０は本体ベース３１上に配置したＹステージ３２及び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とする。このＸＹステージ上にθＺステージ３４が搭載され、この上にプレートチャック（基板チャック）３５を配置し、それにより露光されるべきプレート（基板）３６を支持する。従って、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ことになる。θＺステージ３４は、露光時、プレート３６の表面を投影光学系１５のプレート側の焦点面に一致させるためのものである。

マスクステージ２０は、マスクステージ基盤２１と、その上に配置されたＸＹθステージ２２とを備え、この上に投影されるべきパタ−ンを有するマスク２３を配置される。従って、マスク２３はＸ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ことになる。マスクステージ２０の上方には、マスク２３とプレート３６の像を投影光学系１５を介して観察できる観察光学系４０が配置され、さらにその上方に照明光学系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によりそれらの位置が計測され制御される。レーザ干渉測長器５０はレ−ザヘッド５１、干渉ミラ−５２，５３及びθＺステージ３４に取り付けられた反射ミラ−５４とマスクステージ基盤２１に取り付けられた反射ミラ−５５を有する。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については上下方向（投影光学系１５の光軸方向）ではほぼ投影光学系１５のマスク側焦点面に、水平面内ではほぼ投影光学系１５の光軸位置に設定される。レーザ干渉測長器５０のレーザビーム位置は、プレートステージ３０については水平面内ではほぼ投影光学系１５の光軸位置に設定されているが、上下方向では投影光学系１５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。

［ステージ装置］
次に、上述した露光装置のプレート（基板）やマスクを保持して移動するステージ装置について、図２〜４を用いて説明する。基板等を保持する天板６２は、除振台５６の上に配置され天板６２をZ方向とX方向を拘束するガイド５７と、天板６２の裏面に取り付けられたエアベアリングとにより、所定の方向に沿って走行するように構成されている。この例では、所定の方向はＹ方向である。天板６２は、除振台５６上に固定された第1固定子５８と天板６２に連結された第1可動子５９とを有する第1リニアモータによりY方向に走行することが可能となっている。第1リニアモータは、主として、天板６２を定速で走行させるためのリニアモータである。第1可動子５９は、主として天板６２を等速制御するための可動子であるため、通常のステージ装置の可動子より小型のものとなっている。天板６２は、レーザ干渉測長器６０によりその位置が計測され制御される。

天板６２を加速し、又は減速するために主として使用される第２リニアモータは、除振台５６上に固定された第２固定子５８と一対の第２可動子６４，６４とを有し、リニアガイド６３によりY方向のみ移動可能となるように構成されている。この実施例では、第１固定子５８が第２固定子を兼ねている、しかし、第２固定子を第１固定子とは別に設けても良い。第２可動子６４の少なくとも一つと第１可動子５９との間の距離を検出する検出器（レーザ干渉測長器）６５が設けられる。一対の第２可動子６４，６４は、第１可動子５９を前記所定の方向（Ｙ方向）における両側から挟むように配置される。本実施形態では、一対の第２可動子６４を連結する第２可動子連結部６６が、天板６２と第１可動子５９とを連結する第１可動子連結部６７をまたぐような形状をしている。第１可動子５９と第２可動子６４とを分解した図３を参照すると、第１可動子５９と天板６２との関係、一対の第２可動子６４相互の関係が良く分かる。第２可動子６４の第１可動子５９と対向する面には、第２リニアモータの駆動力を、第１可動子５９を介して天板６２に伝達するための一対の伝達部材６８が取り付けられている。本実施形態では、伝達部材６８として、エアベアリング６８が使用され、天板６２を加速し、又は減速する場合に、第２可動子６４と第１可動子５９とが非接触の状態で第２リニアモータの推力を天板６２に伝達する。エアベアリング６８は、第１可動子連結部６７のＹ方向の前後にそれぞれ配置されている。第１可動子５９とエアベアリング６８とは天板６２の重心高さと等しい高さに固定されており、天板を加速、減速、定速で走行させる場合に、ピッチング方向に力を加えない構造とされている。

第１リニアモータ、第２リニアモータ及び一対のエアベアリング６８は、図１に示される制御部７０によって制御される。制御部７０が第１リニアモータ、第２リニアモータ及びエアベアリング６８を制御するモードは、以下に説明する第１モードと第２モードとを含む。第１モードでは、制御部７０は、第１リニアモータ及び第２リニアモータのうち少なくとも第２リニアモータを駆動し、第２リニアモータの駆動力を一対のエアベアリング６８の一方を介して第１可動子５９に伝達する。制御部７０は、この第１モードにおいて、少なくとも第２リニアモータを駆動させて天板６２を加速し、又は減速する。したがって、第１モードは、加減速モードと呼ぶことができる。

第２モードでは、制御部７０は、第１リニアモータ及び第２リニアモータの双方を駆動し、第２リニアモータの駆動力を一対のエアベアリング６８を介して第１可動子５９に伝達させない。つまり、伝達部材による第２リニアモータから第１可動子への伝達力を発生させない。また、制御部７０は、第２モードでは、レーザ干渉測長器６５により検出される第２可動子６４と第１可動子５９との間の距離が一定であるように第１リニアモータ及び第２リニアモータを制御する。制御部７０は、この第２モードにおいて第２可動子６４を第１可動子５９に追従して移動させ、天板６２を定速で走行させる。したがって、第１モードは、定速モードと呼ぶことができる。制御部７０によるモードは、加減速モードである第１モード、定速モードである第２モードに加えて、例えば、第１リニアモータ及び第２リニアモータを緊急停止させる場合のモード等他のモードをさらに含むことができる。

ステージ装置が露光装置に組み込まれた場合のステージ装置の動作について以下説明する。ステージ装置の動作は、加速動作、定速動作、減速動作の３つに分けることが出来る。レチクル２３のパターンを基板３６に転写する作業はステージ装置の定速動作時に行なわれる。

（加速動作）
図４のＡは、矢印で示す走査方向（Y方向）に加速動作にあるステージ装置を表す。この実施形態では、加速動作時において第１リニアモータの第１可動子５９には電流を供給しない。つまり、第１リニアモータには駆動力を発生させない。一方、第２リニアモータの第２可動子６４には電流を供給する。そのため、図４のＡで示すように第１可動子５９、天板６２に対して、一方の第２可動子６４（図中手前側の第２可動子）が近づいた状態となる。この状態で手前側の第２可動子６４と第１可動子５９の相対距離は最小となるが、推力伝達用のエアベアリング６８を介しているため、第２可動子６４と第１可動子５９とは接触しない。また、推力伝達用のエアベアリング６８を介して第２リニアモータの推力が天板６２に伝達されるため、天板６２は一定速度までの加速が可能となる。加速が終了すると、レーザ干渉測長器６５によって測定された第２可動子６４と第１可動子５９との距離が、第２リニアモータの推力が天板６２に伝達されない相対距離となるように、制御部７０によって制御される。

（定速動作）
図２は、定速動作にあるステージ装置を表している。第１リニアモータの第１可動子５９は、天板６２が定速走行を行うように制御部７０によって制御される。一方、第２リニアモータは、レーザ干渉測長器６５によって測定された第１可動子５９と第２可動子６４との距離が、第２リニアモータの推力が天板６２に伝達されない十分な相対距離となるように、制御部７０により制御される。

（減速動作）
図４のＢは、矢印で示す走査方向（Y方向）に減速動作にあるステージ装置を表す。減速動作時において第１リニアモータ用の第１可動子５９には電流を供給しない。一方、第２リニアモータ用の第２可動子６４には電流を供給する。その結果、図４のＢで示すように、第１可動子５９、天板６２に対して、第２可動子６４の一方（図中奥側の第２可動子）が近づいた状態となる。この状態で第１可動子５９と奥側の第２可動子６４との相対距離は最小となるが、推力伝達用のエアベアリング６８を介しているため接触はしない。また、推力伝達用のエアベアリング６８を介して第２リニアモータの推力が第１可動子５９を介して天板６２に伝達されるため、天板６２は一定速度までの減速が可能となる。減速が終了すると、レーザ干渉測長器６５によって測定された第２可動子６４と第１可動子５９との距離が、第２リニアモータの推力が天板６２に伝達されない相対距離となるように、制御部７０によって制御される。

ステージ装置は以上のような動作を行うため、第１可動子５９と第２可動子６４とは、それらの間の相対距離の変化はあるが、一定の範囲内の距離で移動を行う。このためステージ用ガイド５７の任意の位置からの露光動作が可能となる。また、露光処理がなされるステージ装置の定速動作時に、天板６２に振動を与える恐れがあるリニアモータが小型、軽量の第２リニアモータだけなので、ステージ装置の制御を妨げる外乱を低減できる。

［変形例］
第２リニアモータの案内面を天板６２のガイド５７と共用とし、第２リニアモータの支持にエアベアリングを使用しても良い。また、第２リニアモータ専用のガイドに対する第２リニアモータの支持にエアベアリング使用しても良い。第２リニアモータは一対の第２可動子６４が第１可動子５９をＹ方向に沿って挟む構造としたが、一対の別々の第２リニアモータが、天板６２のＹ方向前後に配置した構成としても良い。２つの第２リニアモータを設ける場合、それぞれの第２リニアモータを天板６２との相対距離が一定となるように制御する必要がある。実施形態では、ステージ装置が加速動作、減速動作をとる場合に、第１リニアモータの第１可動子５９には電流を供給しない構成とした。しかし、第１可動子５９と第２リニアモータ用第２可動子６４の両方に電流を供給して天板６２を加速し、又は減速する構成としても良い。実施形態では、第１可動子５９と第２可動子６４との間の相対変位により第１リニアモータ及び第２リニアモータが制御されている。しかし、天板６２と同様に、第２可動子６４の位置をレーザ干渉測長器によって測定し、天板変位との差分を制御する構成としても良い。実施形態では、第２リニアモータ用の第２固定子は、第１リニアモータ用の第１固定子と共用の構成としているが、別々の構成としても良い。実施形態では、第２リニアモータの推力を第１可動子５９に伝達する伝達部材として、エアベアリングを用いた。しかし、前記伝達部材は、第２可動子６４と第１可動子５９とが非接触の状態で推力を伝達する永久磁石や、第２可動子６４を第１可動子５９と接触させることで推力を伝達するバネでも良い。独立して駆動可能な第２リニアモータを２つ構成し、当該２つの第２リニアモータそれぞれの天板６２に対する推力を分配することによって、加速動作又は減速動作にある天板６２の重心のずれを補正しても良い。

次に、上記露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。その場合、デバイスは、前述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、他の周知の工程とを経ることにより製造する。デバイスは、半導体集積回路素子、液晶表示素子等でありうる。基板は、ウエハ、ガラスプレート等でありうる。当該周知の工程は、例えば、酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、ダイシング、ボンディング、パッケージング等の各工程である。

Claims (9)

1. ステージ装置であって、
   天板と、
   第１固定子と、前記天板に連結された第１可動子とを有し、前記天板を所定の方向に沿って走行させる第１リニアモータと、
   第２固定子と、前記第１可動子を前記所定の方向における両側から挟むように配置された一対の第２可動子とを有し、前記天板を前記所定の方向に沿って走行させる第２リニアモータと、
   前記第２可動子の前記第１可動子と対向する面のそれぞれに配置され、前記第２リニアモータの駆動力を前記第１可動子に伝達するための一対の伝達部材と、
   前記第１リニアモータ、前記第２リニアモータ及び前記一対の伝達部材を制御することで前記天板の移動を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記第２リニアモータを駆動し前記伝達部材の一方を介して前記天板を移動させる第１モードと、前記第１リニアモータ及び第２リニアモータの双方を駆動し前記天板を移動させる第２モードとを含む、ことを特徴とするステージ装置。
2. 前記制御部は、前記第１モードでは前記第１リニアモータの駆動力を発生させず、前記第２モードでは前記伝達部材の伝達力を発生させないことを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. ステージ装置であって、
   天板と、
   第１固定子と、前記天板に連結された第１可動子とを有し、前記天板を所定の方向に沿って走行させる第１リニアモータと、
   第２固定子と、前記第１可動子を前記所定の方向における両側から挟むように配置された一対の第２可動子とを有し、前記天板を前記所定の方向に沿って走行させる第２リニアモータと、
   前記第２可動子の前記第１可動子と対向する面のそれぞれに配置され、前記第２リニアモータの駆動力を前記第１可動子に伝達するための一対の伝達部材と、
   前記第１リニアモータ、前記第２リニアモータ及び前記一対の伝達部材を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部が前記第１リニアモータ、前記第２リニアモータ及び前記一対の伝達部材を制御するモードは、
   前記第１リニアモータ及び前記第２リニアモータのうち少なくとも前記第２リニアモータを駆動し、前記第２リニアモータの駆動力を前記一対の伝達部材の一方を介して前記第１可動子に伝達する第１モードと、
   前記第１リニアモータ及び前記第２リニアモータの双方を駆動し、前記第２リニアモータの駆動力を前記一対の伝達部材を介して前記第１可動子に伝達させない第２モードと、
   を含む、ことを特徴とするステージ装置。
4. 前記制御部は、前記第１モードにおいて前記天板を加速し、又は減速し、前記第２モードにおいて前記天板を定速で走行させるように、前記第１リニアモータ、前記第２リニアモータ及び前記一対の伝達部材を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のステージ装置。
5. 前記第２可動子の少なくとも一つと前記第１可動子との間の距離を検出する検出器をさらに備え、
   前記制御部は、前記第２モードにおいて前記検出器により検出される距離が一定であるように、前記第１リニアモータ、前記第２リニアモータ及び前記一対の伝達部材を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のステージ装置。
6. 前記伝達部材は、エアベアリング、永久磁石又はバネを含む、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のステージ装置。
7. 前記第１固定子は前記第２固定子を兼ねる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のステージ装置。
8. レチクルのパターンを基板に転写する露光装置であって、
   前記レチクル及び前記基板の少なくともいずれかは請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のステージ装置によって保持されている、ことを特徴とする露光装置。
9. デバイスを製造する方法であって、
   請求項８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、
   を含む方法。

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