JP3613291B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えばＬＳＩ等の半導体素子、又は液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、マスクパターンを逐次感光基板上の各ショット領域に転写露光するために使用される露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、マスクとしてのレチクルのパターンを感光材料が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するため露光装置として、ウエハの各ショット領域を順次投影光学系の露光フィールド内に移動させて、各ショット領域に順次レチクルのパターン像を一括露光するステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパー等）が使用されている。斯かる投影露光装置のウエハステージ又はレチクルステージの駆動装置として、従来は送りねじ方式の駆動装置が主に使用されていた。しかしながら、最近は位置決め時間を短縮してスループット（生産性）を向上させると共に、非接触駆動により振動を低減するために、その駆動装置としてリニアモータも使用されつつある。
【０００３】
また、最近は、投影光学系に対する負担を重くすることなく、より広い面積のレチクルのパターンを露光できる露光装置として、ウエハ上の各ショット領域を走査開始位置にステッピングさせた後、投影光学系に対してレチクルとウエハとを同期して走査して露光を行う所謂ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置が注目されている。斯かる走査露光方式の露光装置で、更に縮小投影型の場合には、特にレチクル側を高速に走査する必要があるため、少なくともレチクルステージ側の駆動装置としては、リニアモータの使用が望ましい。また、より安定な走査を行うためにはウエハステージ側もリニアモータで駆動することが望ましい。
【０００４】
露光装置のレチクルステージ又はウエハステージの駆動用のリニアモータとして従来は、永久磁石型、又は電磁石型等のリニア同期モータが使用されていた。このリニア同期モータは、基本的に１次側の電機子コイルと２次側の界磁石とで構成され、その電機子コイルに発生する移動磁界によって可動子側が移動するようになっている。この場合、その電機子コイル側に発生する移動磁界の位相を正確に決定する（正確に相切り換えを行う）ためには、２次側の界磁石の位置を検出する必要がある。そこで、従来の露光装置のリニア同期モータでは、常時電機子コイルに対する界磁石の極性の位置関係を検出するための相切り換え用センサ（ホール素子型の磁気センサ等よりなる）が設けられていた。また、露光装置では、ステージの位置を検出するための座標計測装置（レーザ干渉計等）が設けられているが、従来はその座標計測装置と相切り換え用センサとが並列に設けられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように従来の露光装置でステージの駆動装置としてリニアモータを使用した場合には、ステージの座標計測装置とは別に相切り換え用センサが設けられていた。この相切り換え用センサは、界磁石が移動する範囲の全面に例えば周期的に配置する必要があるため、それによってステージの機構及び配線が複雑化するという不都合があった。
【０００６】
一般に露光装置には、アライメントセンサ、オートフォーカス用の焦点位置検出系、レチクルやウエハのローダ系等の種々の機構が組み込まれるため、ステージの駆動機構はできるだけ簡素化し、ステージの周辺にできるだけ空間を確保することが望まれている。
本発明は斯かる点に鑑み、ステージの駆動装置としてリニアモータを使用する露光装置において、特別な相切り換え用センサを設けることなくそのリニアモータを駆動できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の露光装置は、マスク（Ｒ）に形成された転写用のパタ−ンを感光基板（Ｗ）上に露光する露光装置において、マスク（Ｒ）の位置決めを行うマスクステージ（３Ｘ）と、３相コイル（１９）と磁石（１８）とを有し、この３相コイル（１９）とこの磁石（１８）とのいずれか一方がそのマスクステージ（３Ｘ）に設けられ、そのマスクステージ（３Ｘ）を駆動するリニアモータ（５Ａ，５Ｂ）と、そのマスクステージの位置を検出するレーザ干渉計（６Ｘ，７Ｘ）と、このレーザ干渉計の出力信号と磁石（１８）の極ピッチ（Ｐ _M ）とに基づいてその３相コイル（１９）の各相に与える電流の位相を制御する制御手段（８，１５）とを備えている。
【０００８】
また、本発明による第２の露光装置は、マスク（Ｒ）に形成された転写用のパタ−ンを感光基板（Ｗ）上に露光する露光装置において、感光基板（Ｗ）の位置決めを行う基板ステージ（１０Ｘ）と、３相コイル（１９）と磁石（１８）とを有し、この３相コイル（１９）とこの磁石（１８）とのいずれか一方がその基板ステージ（１０Ｘ）に設けられ、その基板ステージ（１０Ｘ）を駆動するリニアモータ（１２Ａ，１２Ｂ）と、その基板ステージ（１０Ｘ）の位置を検出するレーザ干渉計（１３Ｘ，１４Ｘ）と、このレーザ干渉計（１３Ｘ，１４Ｘ）の出力信号と磁石（１８）の極ピッチ（Ｐ _M ）とに基づいてその３相コイル（１９）の各相に与える電流の位相を制御する制御手段（８，１６）とを備えている。
【０００９】
これらの場合において、そのリニアモータはムービングコイル型であってもよい。
【００１０】
【作用】
斯かる本発明の第１又は第２の露光装置によれば、リニアモータとして例えばリニア同期モータを使用し、このリニア同期モータの界磁石の位置を検出するための相切り換え用センサとして、露光装置のマスクステージ又は基板ステージの位置検出用に元々設けられているレーザ干渉計を使用する。例えば、予めそのリニア同期モータの界磁石と３相コイルとが所定の位置関係にときにそのレーザ干渉計の計測値をリセットし、その後はそのレーザ干渉計の計測値をその界磁石の配列ピッチで除算した余りを求めることにより、その界磁石と３相コイルとの位置関係（位相）が分かる。従って、別途相切り換え用センサを設ける必要がなく、３相コイルの各相の電流制御をすることができる。
【００１１】
また、位置検出手段としてレーザ干渉計を使用した場合には、極めて高分解能、且つ高精度に位相制御が行われる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明による露光装置の一実施例につき図面を参照して説明する。本実施例は、レチクルのパターンの縮小像をウエハの各ショット領域に露光するステッパー型の投影露光装置に本発明を適用したものである。
図１は本実施例の投影露光装置を示し、この図１において、照明光学系１からの露光光ＩＬが、ダイクロイックミラー２により反射されてレチクルＲのパターン領域を照明する。ダイクロイックミラー２により反射された後の露光光ＩＬの光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な２次元平面内で図１の紙面に平行な方向にＸ軸を、図１の紙面に垂直な方向にＹ軸を取る。
【００１３】
この場合、レチクルＲは、レチクル側Ｙステージ３Ｙ、及びレチクル側Ｘステージ３Ｘを介してレチクルベース４上に載置され、レチクル側Ｘステージ３Ｘはレチクルベース４に対して固定子５Ａ、及び可動子５Ｂよりなるリニアモータ（以下、「リニアモータ５」と呼ぶ）を介してＸ方向に駆動され、レチクル側Ｙステージ３Ｙはレチクル側Ｘステージ３Ｘに対して不図示のリニアモータによりＹ方向に駆動される。また、レチクル側Ｙステージ３Ｙ上にＸ軸用の移動鏡６Ｘ、及び不図示のＹ軸用の移動鏡が固定され、移動鏡６Ｘ、及び外部に設置されたＸ軸用のレチクル側のレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）７Ｘによりレチクル側Ｘステージ３ＸのＸ座標Ｘ_Ｒ が計測され、不図示のＹ軸用の移動鏡、及び不図示のＹ軸用のレチクル干渉計によりレチクル側Ｙステージ３ＹのＹ座標が計測され、計測されたＸ座標Ｘ_Ｒ 及びＹ座標は、装置全体の動作を統括制御する中央制御系８に供給される。レチクル側Ｙステージ３Ｙ、レチクル側Ｘステージ３Ｘ、レチクルベース４、Ｘ軸のリニアモータ５、及びＹ軸のリニアモータよりなるステージ系をレチクルステージと呼ぶ。
【００１４】
露光光ＩＬのもとで、レチクルＲのパターンは、投影倍率β（βは例えば１／５）の投影光学系ＰＬを介して縮小されてウエハＷ上の各ショット領域に投影露光される。ウエハＷは、ウエハ側Ｙステージ１０Ｙ、及びウエハ側Ｘステージ１０Ｘを介してウエハベース１１上に載置され、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘはウエハベース１１に対して固定子１２Ａ、及び可動子１２Ｂよりなるリニアモータ（以下、「リニアモータ１２」と呼ぶ）を介してＸ方向に駆動され、ウエハ側Ｙステージ１０Ｙはウエハ側Ｘステージ１０Ｘに対して不図示のリニアモータによりＹ方向に駆動される。また、ウエハ側Ｙステージ１０Ｙ上にＸ軸用の移動鏡１３Ｘ、及び不図示のＹ軸用の移動鏡が固定され、移動鏡１３Ｘ、及び外部に設置されたＸ軸用のウエハ側のレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）１４Ｘによりウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標Ｘ_Ｗ が計測され、不図示のＹ軸用の移動鏡、及び不図示のＹ軸用のウエハ干渉計によりウエハ側Ｙステージ１０ＹのＹ座標が計測され、計測されたＸ座標Ｘ_Ｗ 及びＹ座標は、中央制御系８に供給される。ウエハ側Ｙステージ１０Ｙ、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘ、ウエハベース１１、Ｘ軸用のリニアモータ１２、Ｙ軸用のリニアモータ、並びにウエハＷのＺ方向への位置及び傾斜角を制御するＺレベリングステージ（不図示）よりなるステージ系をウエハステージと呼ぶ。
【００１５】
中央制御系８は、レチクルステージ駆動系１５を介してレチクル側のＸ軸用のリニアモータ５及びＹ軸用のリニアモータの動作を制御してレチクルＲの位置決めを行うと共に、ウエハステージ駆動系１６を介してウエハ側のＸ軸用のリニアモータ１２及びＹ軸用のリニアモータの動作を制御してウエハＷの位置決めを行う。
【００１６】
また、本実施例ではウエハ側Ｙステージ１０Ｙ上に、表面がウエハＷの表面と同じ高さになるように基準マーク部材９が固定され、この基準マーク部材９の表面に例えば十字型の基準マークが形成されている。通常この基準マークは、ウエハステージに対するレチクルＲの位置合わせ（レチクルアライメント）、及びウエハＷの各ショット領域に付設されたウエハマーク（アライメントマーク）の位置検出を行うためのアライメントセンサの検出中心と露光中心との間隔（ベースライン）の検出等に使用される。本例では更に、基準マーク部材９上の基準マークをリニアモータの界磁石の位置の基準としても使用する。
【００１７】
そのアライメントセンサとして、本例では投影光学系ＰＬの側面に固定されたオフ・アクシス方式で、且つ撮像方式のアライメントセンサ２０を使用する。このアライメントセンサ２０内には、基準マーク部材９（又はウエハＷ）の表面と共役な位置に所定の指標マークが配置され、検出対象とするマークの像とその指標マークとが同時に内部の撮像素子で撮像され、その撮像信号Ｓ１が中央制御系８に供給されている。中央制御系８では、その撮像信号Ｓ１を処理してそのアライメントセンサ２０内の指標マークに対する計測対象のマークの位置ずれ量を求める。また、ダイクロイックミラー２の上方には、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式でレチクルＲとウエハＷの各ショット領域との位置関係を検出するためのアライメントセンサ（不図示）も配置されている。
【００１８】
次に、図１のウエハステージ内のウエハ側Ｘステージ１０Ｘを例に挙げて、本例のリニアモータ、及びその制御系の構成及び動作につき説明する。
図２は、図１中のウエハステージの側面図、及びその制御系の構成図であり、この図２において、リニアモータ１２の固定子１２Ａは所定のカバー内に３相の電機子コイル１９を装着して構成され、可動子１２Ｂは、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘの側面に固定された平板状のバックヨーク１７の底面にＸ方向に極ピッチＰ_Ｍ で極性が順次反転するように４個の永久磁石１８を固定して構成されている。即ち、本例のリニアモータ１２はムービング・マグネット型のリニア同期モータであり、可動子１２Ｂの構成が簡略であるため、故障発生の確率が低く、且つメンテナンスが容易となっている。但し、可動子側に電機子コイルを収納したムービング・コイル型のリニアモータを使用してもよい。
【００１９】
次に、本例のコンピュータよりなる中央制御系８において、外部のＸ軸用のウエハ干渉計１４Ｘで計測されるウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標Ｘ_Ｗ が微分手段２１の入力部、及び減算手段２２の減算側入力部に供給されている。微分手段２１は、供給されたＸ座標Ｘ_Ｗ を時間で微分して、ウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ方向の速度ＶＸ_Ｗ を算出し、この速度ＶＸ_Ｗ を減算手段２３の減算側入力部に供給する。なお、中央制御系８中の微分手段２１等は、コンピュータのソフトウェア上で実行される機能であるため、その微分演算は実際には例えば、差分演算と、これにより得られた差分値をサンプリング周期で除算する除算演算とから実行される。
【００２０】
一方、減算手段２２の加算側入力部には目標位置設定手段２４からウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ方向の位置決めの目標座標Ｘ_Ｗｉが供給され、減算手段２２では目標座標Ｘ_Ｗｉからウエハ側Ｘステージ１０Ｘの現在のＸ座標Ｘ_Ｗ を差し引いて位置偏差ΔＸ_Ｗｉ（＝Ｘ_Ｗｉ−Ｘ_Ｗ）を求め、この位置偏差ΔＸ_Ｗｉを位置ゲイン手段２５の入力部に供給する。位置ゲイン手段２５では、位置偏差ΔＸ_Ｗｉに各位置偏差に応じた速度を算出するための係数Ｋ_Ｐ を乗じて目標駆動速度ＶＸ_Ｗｉを求め、この目標駆動速度ＶＸ_Ｗｉを減算手段２３の加算側入力部に供給する。減算手段２３では、目標駆動速度ＶＸ_Ｗｉからウエハ側Ｘステージ１０Ｘの計測された速度ＶＸ_Ｗ を差し引いてＸ方向の速度偏差ΔＶＸ_Ｗｉを求め、この速度偏差ΔＶＸ_Ｗｉをフィルタ手段２６に供給する。フィルタ手段２６は、例えばローパスフィルタ回路として動作し、供給された速度偏差ΔＶＸ_Ｗｉの低周波成分に対応するＸ方向への推力ＦＷＸを求め、この推力ＦＷＸの値をウエハステージ駆動系１６内の３個の乗算手段２７Ａ〜２７Ｃの一方の入力部に供給する。
【００２１】
また、中央制御系８内の目標位置設定手段２４には、図１のアライメントセンサ２０からの撮像信号Ｓ１も供給されている。この場合、予め基準マーク部材９上の基準マークの像が、図１のアライメントセンサ２０内の指標マークに合致しているときの、図２の電機子コイル１９に対する永久磁石１８の位相θ_０ ［ｒａｄ］が求められ、永久磁石１８の極ピッチＰ_Ｍ を用いてその位相θ_０ をＸ方向への位置ずれ量ΔＸ_０（＝Ｐ_Ｍ・θ_０ ／（２π））に換算した値が、目標位置設定手段２４内のメモリに記憶されている。そして、初期設定時に基準マーク部材９の基準マークをアライメントセンサ２０の観察視野内に移動したときに、目標位置設定手段２４は、その撮像信号Ｓ１を処理してアライメントセンサ２０内の指標マークに対するその基準マークのＸ方向への位置ずれ量（ウエハＷ上に換算した値）ΔＸ_１ を求める。その後、目標位置設定手段２４は、その位置ずれ量ΔＸ_１ と予め記憶されている位置ずれ量ΔＸ_０ とを加算して得られる位置ずれ量（ΔＸ_０ ＋ΔＸ_１）をウエハステージ駆動系１６内の端数検出手段２８に供給する。
【００２２】
一方、そのウエハステージ駆動系１６はパワー増幅器３０Ａ〜３０Ｃを除いてコンピュータからなり、そのウエハステージ駆動系１６において、外部のウエハ干渉計１４Ｘにより計測されるウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標Ｘ_Ｗ が端数検出手段２８に供給される。端数検出手段２８には、初期設定時に目標位置検出手段２４から位置ずれ量（ΔＸ_０ ＋ΔＸ_１）が供給され、この位置ずれ量（ΔＸ_０ ＋ΔＸ_１）はこのときの電機子コイル１９に対する永久磁石１８の位置ずれ量を表している。
【００２３】
そこで、初期設定時に端数検出手段２８では、そのときのウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標Ｘ_Ｗ の値Ｘ_Ｗ０に対して所定のオフセット値Ｘ_ＯＦＦ を加算して得られる座標が、その位置ずれ量（ΔＸ_０ ＋ΔＸ_１）となるようにそのオフセット値Ｘ_ＯＦＦ を定める。即ち、以下の関係が成立する。
Ｘ_ＯＦＦ ＝（ΔＸ_０ ＋ΔＸ_１）−Ｘ_Ｗ０ （１）
そして、初期設定後に端数検出手段２８では、ウエハ干渉計１４Ｘから供給されるＸ座標Ｘ_Ｗ にそのオフセット値Ｘ_ＯＦＦ を加算して得られる座標を、固定子１２Ｂの永久磁石１８の極ピッチＰ_Ｍ の２倍（２・Ｐ_Ｍ）で除算したときの端数ΔＸ_Ｗ を求め、この端数ΔＸ_Ｗ を３個の位相変換手段２９Ａ〜２９Ｃに供給する。これに応じて、先ず第１の位相変換手段２９Ａでは、その端数ΔＸ_Ｗ を極ピッチＰ_Ｍ の２倍（２・Ｐ_Ｍ）で除算した値に２πを乗算して得られる位相をθとして、ｃｏｓ θの値を生成し、このｃｏｓ θの値を第１の乗算手段２７Ａの他方の入力部に供給する。また、第２の位相変換手段２９Ｂでは、その位相θを２π／３だけずらして、ｃｏｓ（θ−２π／３）の値を生成し、このｃｏｓ（θ−２π／３）の値を第２の乗算手段２７Ｂの他方の入力部に供給する。同様に、第３の位相変換手段２９Ｂでは、その位相θを４π／３だけずらして、ｃｏｓ（θ−４π／３）の値を生成し、このｃｏｓ（θ−４π／３）の値を第３の乗算手段２７Ｃの他方の入力部に供給する。
【００２４】
そして、第１の乗算手段２７Ａではフィルタ手段２６から供給される推力ＦＷＸにｃｏｓ θを乗算して得られる推力に応じた電流信号をパワー増幅器３０Ａに供給し、第２の乗算手段２７Ｂではその推力ＦＷＸにｃｏｓ（θ−２π／３）を乗算して得られる推力に応じた電流信号をパワー増幅器３０Ｂに供給し、第３の乗算手段２７Ｃではその推力ＦＷＸにｃｏｓ（θ−４π／３）を乗算して得られる推力に応じた電流信号をパワー増幅器３０Ｃに供給する。パワー増幅器３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃはそれぞれ供給された電流信号を増幅して、３相の電機子コイル１９中の対応する相のコイルに励磁電流を供給する。これにより、ウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標が目標位置設定手段２４に設定された目標座標に収束するまで、リニアモータ１２を介してウエハ側Ｘステージ１０ＸがＸ方向に駆動される。
【００２５】
この場合、本例ではウエハ干渉計１４Ｘから供給されるＸ座標Ｘ_Ｗ によって、端数検出手段２８において電機子コイル１９に対する永久磁石１８の位置ずれ量（位相）が算出され、この位置ずれ量に基づいてサーボ方式で電機子コイル１９の各相のコイルに供給される励磁電流の位相が設定されている。従って、別途例えば電機子コイル１９に沿って、永久磁石１８の極性を検出するための相切り換え用センサ（ホール素子等からなる）を設ける必要がないため、ステージ機構が簡略化され、ステージ上に容易に各種機構を付設できる利点がある。
【００２６】
なお、上述実施例では、初期状態で、ウエハ干渉計１４Ｘの計測値と、リニアモータにおける電機子コイルに対する磁石の位相関係との対応関係を求めるために、アライメント用の基準マーク部材９が使用されていたが、それ以外に、例えばウエハ干渉計１４Ｘ用の原点設定用のリミットスイッチ等を用いてその対応関係を求めてもよい。
【００２７】
また、本発明はステップ・アンド・リピート方式の露光装置（ステッパー等）のみならず、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査露光方式の露光装置のレチクルステージ、又はウエハステージの駆動装置としてリニアモータを使用する場合にも適用できることは明かである。このように、本発明は上述実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の第１又は第２の露光装置によれば、それぞれマスクステージ（レチクルステージ）又は基板ステージ（ウエハステージ）の駆動用にリニアモータを使用し、駆動対象のステージの位置を検出するためのレーザ干渉計の計測結果に基づいてリニアモータの３相コイルと界磁石との位相関係を求めている。従って、別途特別な相切り換え用センサを設けることなく３相コイルの電流制御ができるため、製造コストを低減できると共に、ステージ機構が簡素化され他の機構を容易に装着できる利点がある。
【００２９】
また、そのリニアモータとしてムービングコイル型のリニアモータを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の投影露光装置を示す概略構成図である。
【図２】図１のウエハステージ及びその制御系の一部を示す構成図である。
【符号の説明】
Ｒ レチクル
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウエハ
３Ｘ レチクル側Ｘステージ
４ レチクルベース
５Ａ，１２Ａ リニアモータの固定子
５Ｂ，１２Ｂ リニアモータの可動子
７Ｘ レチクル干渉計
８ 中央制御系
９ 基準マーク部材
１０Ｘ ウエハ側Ｘステージ
１１ ウエハベース
１４ ウエハ干渉計
１６ ウエハステージ駆動系
１８ 永久磁石
１９ 電機子コイル
２７Ａ〜２７Ｃ 乗算手段
２９Ａ〜２９Ｃ 位相変換手段

Claims (3)

1. マスクに形成された転写用のパタ−ンを感光基板上に露光する露光装置において、
   前記マスクの位置決めを行うマスクステージと、
   ３相コイルと磁石とを有し、前記３相コイルと前記磁石とのいずれか一方が前記マスクステージに設けられ、前記マスクステージを駆動するリニアモータと、
   前記マスクステージの位置を検出するレーザ干渉計と、
   前記レーザ干渉計の出力信号と前記磁石の極ピッチとに基づいて前記３相コイルの各相に与える電流の位相を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする露光装置。
2. マスクに形成された転写用のパタ−ンを感光基板上に露光する露光装置において、
   前記感光基板の位置決めを行う基板ステージと、
   ３相コイルと磁石とを有し、前記３相コイルと前記磁石とのいずれか一方が前記基板ステージに設けられ、前記基板ステージを駆動するリニアモータと、
   前記基板ステージの位置を検出するレーザ干渉計と、
   前記レーザ干渉計の出力信号と前記磁石の極ピッチとに基づいて前記３相コイルの各相に与える電流の位相を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする露光装置。
3. 前記リニアモータはムービングコイル型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。

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