JP2019016715A - ステージ装置、および物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステージ同士の衝突の衝撃を緩和するのに有利なステージ装置を提供すること。【解決手段】ステージ装置は、移動可能な第１ステージと、前記第１ステージの上で移動可能な第２ステージと、前記第１ステージを駆動する第１アクチュエータと、前記第２ステージを駆動する第２アクチュエータと、前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータを制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記第１アクチュエータを用いて前記第１ステージのダイナミックブレーキを作動させる際、前記第１ステージに対して前記第２ステージを前記第１ステージの進行方向とは反対側にずらすように前記第２アクチュエータを制御する。【選択図】 図１

Description

本発明は、ステージ装置、および物品製造方法に関する。

ステージ装置においては、ステージの移動中にトラブルが発生した際にステージの挙動が制御不能に陥ることを防止するために、ステージを緊急停止させるフェールセーフ機構が必要である。そのようなフェールセーフ機構として、特許文献１には、ダイナミックブレーキを利用するものが開示されている。

粗動ステージと微動ステージを有するステージ装置において、ダイナミックブレーキにより緊急停止した場合、微動ステージが粗動ステージに衝突する可能性がある。特許文献２には、粗動ステージのストローク範囲の中でダイナミックブレーキの制動力に差を設けることで、ダイナミックブレーキの作動によるステージ同士の衝突時の衝撃を抑制する技術が開示されている。

特開２０１２−００４２０１号公報 特開２０１５−０９９９１６号公報

しかし、特許文献２のように、ステージの位置に応じて粗動ステージの制動力を変更しても、制動距離の制約から、ステージ同士の衝突時の衝撃を緩和するのには限界がある。

本発明は、例えば、ステージ同士の衝突の衝撃を緩和するのに有利なステージ装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面によれば、移動可能な第１ステージと、前記第１ステージの上で移動可能な第２ステージと、前記第１ステージを駆動する第１アクチュエータと、前記第２ステージを駆動する第２アクチュエータと、前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータを制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記第１アクチュエータを用いて前記第１ステージのダイナミックブレーキを作動させる際、前記第１ステージに対して前記第２ステージを前記第１ステージの進行方向にずらすように前記第２アクチュエータを制御することを特徴とするステージ装置が提供される。

本発明によれば、例えば、ステージ同士の衝突の衝撃を緩和するのに有利なステージ装置を提供することができる。

実施形態におけるステージ装置を例示する図。 実施形態におけるステージ装置を例示する図。 従来のステージ装置を説明する図。 実施形態における露光装置を例示する図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態は本発明の実施の具体例を示すにすぎないものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。

図１は、本実施形態におけるステージ装置１の構成を示す図である。ステージ装置１は、粗動ステージ４（第１ステージ）と、微動ステージ３（第２ステージ）とを有する。粗動ステージ４は、例えば少なくともＹ方向に所定のストローク範囲で移動可能に構成されている。微動ステージ３は、粗動ステージ４の上で粗動ステージ４よりも高分解能で移動可能に構成されている。

粗動ステージ４は、第１アクチュエータ５によって駆動される。第１アクチュエータ５は、粗動ステージ４を挟んでＸ方向の＋側と−側にそれぞれ配置されたコイル列５を含むリニアモータでありうる。コイル列５は、移動方向であるＹ方向（進行方向）に沿って配置されたＣｏｉｌ１〜９で示される複数のコイル９を含む。粗動ステージ４には、コイル列５に対面し、その上を移動可能な磁石１１が固定されている。磁石１１は、Ｎ極およびＳ極を有し、磁石１１と対向しているコイル９に電流を流すことでローレンツ力が発生し推力を得る。これにより、粗動ステージ４は、コイル列５との間でＹ方向に移動することができる。

微動ステージ３は、対象物（例えば基板）を載置するステージであり、粗動ステージ４の動作とは独立して、粗動ステージ４に対して相対的にＹ方向に移動しうる。その移動は粗動ステージ４の移動よりも高分解能なものであって、対象物の位置決めにおける微調整を可能とするものである。微動ステージ３は、第２アクチュエータを構成するアクチュエータ７ａおよび７ｂによって駆動される。アクチュエータ７ａおよび７ｂはそれぞれ、微動ステージ３を挟んでＹ方向の＋側および−側に配置されている。アクチュエータ７ａは、粗動ステージ４の上に固定された電磁石１ａと、微動ステージ３に固定された磁性体２ａとを含みうる。同様に、アクチュエータ７ｂは、粗動ステージ４の上に固定された電磁石１ｂと、微動ステージ３に固定された磁性体２ｂとを含みうる。電磁石１ａおよび１ｂは、制御電流が供給されることで磁界を発生するコイルを備え、発生した磁界により、磁性体２ａまたは２ｂとの間に磁路が形成されて、吸引力が発生する。例えば微動ステージ３を＋Ｙ方向へ移動する際には、加速するときはアクチュエータ７ａによって微動ステージ３を制御し、減速するときはアクチュエータ７ｂによって微動ステージ３を制御する。

ステージ装置１は、粗動ステージ４のストローク範囲の端に設けられた衝撃吸収部１２を有する。衝撃吸収部１２は、例えば、粗動ステージ４が意図せず停止しないなどの異常動作時に、機械的に粗動ステージ４自体を受け止めて停止させるフェールセーフ機能を担う。なお、図１には、粗動ステージ４のストローク範囲のうちのＹ方向の＋側に設けられた衝撃吸収部１２のみが示されており、−側に設けられうる衝撃吸収部は図示が省略されている。

制御部６は、例えばＣＰＵやメモリを含むコンピュータでありうる。制御部６は、駆動プロファイルを記憶しており、この駆動プロファイルに従って、第１アクチュエータ５および第２アクチュエータ（アクチュエータ７ａおよび７ｂ）を制御することで、粗動ステージ４と微動ステージ３の移動を制御する。コイルセレクタ８は、制御部６による制御の下、複数のコイル９のうちから電流供給対象のコイルを選択し、選択したコイルに電流制御信号に応じた電流を供給する。スイッチユニット１０は、それぞれコイルに接続される複数の接点を含む。位置計測部１３は、微動ステージ３および粗動ステージ４の位置を計測する。制御部６は、位置計測部１３により計測された微動ステージ３および粗動ステージ４の位置に基づいて、微動ステージ３および粗動ステージ４の位置をフィードバック制御することができる。

粗動ステージ４の正常動作時は、制御部６は、電流制御信号をコイルセレクタ８に送信する。コイルセレクタ８は、受信した電流制御信号に従い、複数のコイル９のうちから選択したコイルに電流を供給する。電流供給の切り替えにより、複数のコイル９に順次ローレンツ力が発生し、磁石１１が固定されている粗動ステージ４は、図１の矢印方向に移動する。なお、スイッチユニット１０に含まれる各接点は、図１では全てクローズとなっているが、正常運転時は全てオープンである。

次に、粗動ステージ４を緊急停止させる際のダイナミックブレーキ動作について説明する。緊急時には、制御部６は、スイッチユニット１０にブレーキ信号を送信し、特定のコイル「Ｃｏｉｌ−ｎ（ｎは１〜９の任意）」を含む電気回路をクローズさせる（閉回路を形成させる）。緊急時のブレーキ信号は、例えば、微動ステージ３及び粗動ステージ４の目標位置と計測位置の差分が大きい場合に送信される。また、粗動ステージ４の通過を検知するセンサを設け、このセンサの検知信号に基づいて粗動ステージ４が暴走したと判定した場合にブレーキ信号を送信してもよい。

この状態で、粗動ステージ４が移動を続けようとすると、接点がクローズされたところのコイル９を含む閉回路において誘導起電力が発生する。この誘導起電力により、粗動ステージ４の動きを妨げる向きに電流が流れるため、粗動ステージ４に対してブレーキ力が発生する。すべてのコイル９でも、これと同様の閉回路を形成させれば、粗動ステージ４の移動速度は、順次通過するコイル９からのブレーキ力によって低下していく。そして、最終的には、粗動ステージ４は、衝撃吸収部１２に接触して完全に停止する。

ここで、図１に示されるような、粗動ステージ４が＋Ｙ方向に移動している状態を考える。従来は、図３に示すように、電磁石１ａと磁性体２ａの吸引力と電磁石１ｂと磁性体２ｂの吸引力とが同じになるように、すなわち、粗動ステージ４と微動ステージ３との間隔ｄ１とｄ２が等しくなるように、アクチュエータ７ａ，７ｂを制御していた。また、従来は、緊急時に粗動ステージ４のダイナミックブレーキを作動させる際には、アクチュエータ７ａおよび７ｂの給電を停止させていた。しかしその場合、緊急時、粗動ステージ４がダイナミックブレーキ動作を行うことにより、微動ステージ３が粗動ステージ４に衝突する可能性がある。装置の故障を防ぐため、そのような衝突時の衝撃を効果的に緩和する必要がある。

本実施形態では、緊急時に粗動ステージ４のダイナミックブレーキを作動させる際、制御部６は、粗動ステージ４と微動ステージ３との衝突時の衝撃が小さくなるような駆動プロファイルに従い微動ステージ３及び粗動ステージ４を制御する。具体的には、粗動ステージ４がダイナミックブレーキ動作を開始する際、制御部６は、粗動ステージ４に対して微動ステージ３を粗動ステージ４の進行方向にずらすようにアクチュエータ７ａを制御する。図１の例では、粗動ステージ４に対して微動ステージ３を粗動ステージ４の進行方向にずらして、微動ステージ３を粗動ステージ４に接触させる（ｄ１＝０）。その後はアクチュエータ７ａによって粗動ステージ４が停止するまで粗動ステージ４と微動ステージ３とを接触させた状態を維持する。緊急時、粗動ステージ４と微動ステージ３とをこのように制御するために、制御部６は、粗動ステージ４と微動ステージ３との駆動を、それぞれ異なる駆動プロファイルに基づいて制御してもよい。

これにより、粗動ステージ４がダイナミックブレーキの作動開始時には既に粗動ステージ４と微動ステージ３が接触している状態になるため、粗動ステージ４と微動ステージ３との衝突時の衝撃を小さくすることができる。また、粗動ステージ４と微動ステージ３とを接触させ続けることで、粗動ステージ４と微動ステージ３の衝突回数を減らす効果もある。

なお、正常動作時において粗動ステージ４が加速、等速、減速駆動を行っている際の粗動ステージ４と微動ステージ３との間隔ｄ１，ｄ２は、どのような関係にあってもよい。

上述した図１の例では、微動ステージ３を粗動ステージ４に接触させる（ｄ１＝０）ようにした。しかし、微動ステージ３を粗動ステージ４に接触させなくとも、図２に示すように、進行方向側に微動ステージ３を粗動ステージ４に近接させる（すなわち、ｄ２＞ｄ１＞０）だけでも、衝突時の衝撃緩和の効果は得られる。この場合、制御部６は、微動ステージ３を粗動ステージ４の進行方向にずらして、進行方向側の粗動ステージ４と微動ステージ３との間隔が進行方向と反対側の粗動ステージ４と微動ステージ３との間隔より狭くなるようにアクチュエータ７ａ，７ｂを制御する。

また、上述した図１の例では、緊急時に粗動ステージ４がダイナミックブレーキ動作を開始する際に、微動ステージ３を粗動ステージ４に接触させる（ｄ１＝０）ようにした。しかし、緊急時ではなく正常動作時の時から、図２に示すように、進行方向側に微動ステージ３を粗動ステージ４に予め近接させるようにしてもよい。例えば、正常動作時に粗動ステージ４が＋Ｙ方向に移動中、制御部６は予め、粗動ステージ４と微動ステージ３との間隔ｄ１およびｄ２がｄ１＜ｄ２となるようにアクチュエータ７ａを制御する。同様に、正常動作時に粗動ステージ４が−Ｙ方向に移動中、制御部６は予め、粗動ステージ４と微動ステージ３との間隔ｄ１およびｄ２がｄ１＞ｄ２となるようにアクチュエータ７ｂを制御する。ここで、粗動ステージ４と微動ステージ３とを上記のように制御するために、制御部６は、粗動ステージ４と微動ステージ３との駆動を、それぞれ異なる駆動プロファイルに基づいて制御してもよい。

粗動ステージ４と微動ステージ３の間隔を制動動作時に予め狭めておくことで、緊急時に粗動ステージ４がダイナミックブレーキ動作を行った際、粗動ステージ４と微動ステージ３は、その相対速度が小さい状態で衝突することになる。これにより、粗動ステージ４と微動ステージ３との衝突時の衝撃を小さくすることができる。

＜リソグラフィ装置の実施形態＞
次に、原版のパターンを基板に形成するリソグラフィ装置について説明する。本実施形態では、このリソグラフィ装置に上述のステージ装置が適用される。ここでは一例としてリソグラフィ装置が露光装置である例を説明する。図４は、実施形態における露光装置６０の構成を示す概略図である。露光装置６０は、例えば、半導体デバイスの製造工程に使用され、ステップ・アンド・リピート方式またはステップ・アンド・スキャン方式により原版Ｒに形成されているパターンを基板Ｗ上に露光（転写）する投影型露光装置とする。露光装置６０は、照明系６１と、原版Ｒを保持する原版ステージ６２と、投影光学系６３と、基板Ｗを保持する基板ステージ６４と、制御部６５とを備える。なお、図４では、投影光学系６３の光軸（本実施形態では鉛直方向）と平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で露光時の基板Ｗの走査方向にＹ軸を取り、Ｙ軸に直交する非走査方向にＸ軸を取っている。

照明系６１は、不図示の光源から照射された光を調整し、原版Ｒを照明する。原版Ｒには、基板Ｗ上に転写されるべきパターン（例えば回路パターン）が形成されている。原版Ｒは、例えば石英ガラス製である。原版ステージ６２は、原版Ｒを保持しつつ、ＸＹの各軸方向に移動可能である。投影光学系６３は、照明系６１からの光で照明された原版Ｒ上のパターンの像を所定の倍率（例えば１／２〜１／５）で基板Ｗ上に投影する。基板Ｗは、表面上にレジスト（感光剤）が塗布された、例えば単結晶シリコンからなる基板である。基板ステージ６４は、基板Ｗを不図示のチャックを介して保持しつつＸＹＺの各軸方向に移動可能である。制御部６５は、例えばコンピュータで構成され、露光装置６０の各構成要素に回線を介して接続されて、プログラムに従って各構成要素の制御を実行し得る。

本実施形態に係る露光装置６０では、原版ステージ６２または基板ステージ６４として、上述のステージ装置を採用し得る。なお、この場合、ステージ装置における制御部６は、露光装置６０の制御部６５と一体としても構成してもよいし、別体として構成してもよい。また、制御部６５自体も、露光装置６０の他の部分と一体で（共通の筐体内に）構成してもよいし、露光装置６０の他の部分とは別体で（別の筐体内に）構成してもよい。

以上、リソグラフィ装置として露光装置の例を説明したが、本実施形態に係るリソグラフィ装置は、それに限らず、他のリソグラフィ装置であってもよい。例えば、リソグラフィ装置は、荷電粒子線で基板（上の感光剤）に描画を行う描画装置であってもよく、あるいは、基板上のインプリント材を型で成形して基板上にパターンを形成するインプリント装置であってもよい。

＜物品製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態における物品製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品製造方法は、上記のリソグラフィ装置（露光装置やインプリント装置、描画装置など）を用いて基板に原版のパターンを転写する工程と、かかる工程でパターンが転写された基板を加工する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、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。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

１：ステージ装置、３：微動ステージ、４：粗動ステージ、５：アクチュエータ、６：制御部

Claims (8)

1. 移動可能な第１ステージと、
   前記第１ステージの上で移動可能な第２ステージと、
   前記第１ステージを駆動する第１アクチュエータと、
   前記第２ステージを駆動する第２アクチュエータと、
   前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータを制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記第１アクチュエータを用いて前記第１ステージのダイナミックブレーキを作動させる際、前記第１ステージに対して前記第２ステージを前記第１ステージの進行方向にずらすように前記第２アクチュエータを制御する
   ことを特徴とするステージ装置。
2. 前記制御部は、前記ダイナミックブレーキを作動させる際、前記第１ステージに対して前記第２ステージを前記第１ステージの進行方向にずらして、前記進行方向側の前記第１ステージと第２ステージとの間隔が前記進行方向と反対側の前記第１ステージと前記第２ステージとの間隔より狭くなるように前記第２アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記制御部は、前記ダイナミックブレーキを作動させる際、前記第１ステージに対して前記第２ステージを前記第１ステージの進行方向にずらして、前記第２ステージを前記第１ステージに接触させることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
4. 前記第１アクチュエータは、前記進行方向に沿って配置された複数のコイルを含むリニアモータであ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. 前記制御部は、緊急時に、前記複数のコイルのうちの少なくとも１つを含む閉回路を構成することにより、前記ダイナミックブレーキを作動させることを特徴とする請求項４に記載のステージ装置。
6. 前記第１ステージは粗動ステージであり、
   前記第２ステージは微動ステージである
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のステージ装置。
7. 原版のパターンを基板に形成するリソグラフィ装置であって、
   前記基板を保持する請求項１乃至６のいずれか１項に記載のステージ装置を有することを特徴とするリソグラフィ装置。
8. 請求項７に記載のリソグラフィ装置を用いて基板にパターンを形成する工程と、
   前記パターンが形成された基板を加工する工程と、
   を有し、前記加工された基板から物品を製造することを特徴とする物品製造方法。

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