JP3913150B2 - 露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光装置のなかで、特に、レチクルパターンを円弧状あるいは矩形状の帯状領域に限定してウエハ等基板（以下、「基板」という。）に結像させ、レチクルと基板の双方を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、基板に転写するいわゆる走査型の露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原版であるレチクルと基板の双方を走査させてレチクルパターン全体を基板に転写するいわゆる走査型の露光装置においては、レチクルや基板の走査速度を極めて高精度で安定して制御することが要求される。そこで、走査型の露光装置においてレチクルや基板を保持しこれを走査させる走査ステージ装置の駆動部に、図７に示すようにリニアモータを用いるのが一般的である。これは、ベース１０１上に固定された断面Ｕ字型のガイド１０２と、ガイド１０２に沿って所定の方向（以下、「走査方向」という。）に往復移動自在であるウエハステージ１０３と、ガイド１０２に沿って走行するウエハステージ１０３の走行路に沿ってその両側にベース１０１と一体的に配設された一対のリニアモータ固定子１０４，１０５と、ウエハステージ１０３の両側面１０３ａ，１０３ｂ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１０６，１０７を有し、リニアモータ固定子１０４，１０５とリニアモータ可動子１０６，１０７はそれぞれウエハステージ１０３を走査方向に加速減速する一対のリニアモータＥ1 ，Ｅ2 を構成する。なお、ウエハステージ１０３は図示しない静圧軸受パッド等によってガイド１０２に非接触で案内される。
【０００３】
各リニアモータ固定子１０４，１０５は、ガイド１０２のほぼ全長に沿って配設された長尺のループ状のヨーク１０４ａ，１０５ａとその内側に固着された長尺の磁石１０４ｂ，１０５ｂからなり、各磁石１０４ｂ，１０５ｂはリニアモータ可動子１０６，１０７のコイル開口１０６ａ，１０７ａを貫通する。各リニアモータ可動子１０６，１０７に図示しない電源から駆動電流が供給されてこれらが励磁されると、磁石１０４ｂ，１０５ｂに沿って推力が発生し、これによってウエハステージ１０３が加速あるいは減速される。
【０００４】
ウエハステージ１０３上にはウエハＷ0 が吸着され、その上方にはレチクルステージ２０３（図１０参照）によってレチクルが保持されており、レチクルの一部分に照射された帯状の露光光Ｌ0 （断面を破線で示す）によってウエハＷ0 の帯状領域が露光され、レチクルパターンの一部分が転写される。走査型の露光装置の各露光サイクルは、帯状の露光光Ｌ0 に対してウエハステージ１０３とレチクルステージ２０３の双方を走行させることでレチクルパターン全体をウエハＷ0 に転写するものであり、ウエハＷ0 を保持するウエハステージ１０３の走行中はその位置をレーザ干渉計１０８によって検出する。レチクルステージ２０３も上記と同様の駆動部を有し、同様に制御される。リニアモータＥ1 ，Ｅ2 によるウエハステージ１０３の加速減速および露光中の速度制御は以下のように行なわれる。
【０００５】
図８は図７の走査ステージ装置を平面図で示すもので、例えば、ウエハステージ１０３が走査方向の図示左端にあり、ウエハＷ0 の走査方向の幅の中心Ｏ0 が加速開始位置Ｐ1 に位置しているときにリニアモータＥ1 ，Ｅ2 の図示右向きの推力による加速が開始され、ウエハＷ0 の前記中心Ｏ0 が加速終了位置Ｐ2 に到達したときに加速が停止され、以後はリニアモータＥ1 ，Ｅ2 がウエハステージ１０３の走査速度を一定に制御する働きのみをする。ウエハＷ0 の中心Ｏ0 が減速開始位置Ｐ3 に到達するとリニアモータＥ1 ，Ｅ2 の図示左向きの推力による減速が開始され、ウエハＷ0 の中心Ｏ0 が減速終了位置Ｐ4 に到達したときにウエハステージ１０３の走行が停止され、同時に図示左向きの加速が開始される。ウエハステージ１０３の図示左向きの走行はリニアモータＥ1 ，Ｅ2 を前記と逆の方向に同じ手順で制御することで行なわれる。
【０００６】
このような加速減速サイクルにおいて、例えば、ウエハステージ１０３が図示右向きに走行するとき、ウエハＷ0 の中心Ｏ0 が加速終了位置Ｐ2 に到達すると同時に露光が開始され、露光光Ｌ0 がウエハＷ0 の図示右端の帯状領域に入射し、ウエハＷ0 の中心Ｏ0 が減速開始位置Ｐ3 に到達したときにウエハＷ0 の全面の露光が完了する。従って、ウエハＷ0 の露光中はウエハステージ１０３が一定の走査速度で走行し、また、図示しないレチクルもこれと同様に走行される。なお、露光開始時のウエハＷ0 とレチクルの相対位置は厳密に管理され、露光中のウエハＷ0 とレチクルの速度比は、両者の間の投影光学系の縮小倍率に正確に一致するように制御され、露光終了後は両者を適当に減速させる。
【０００７】
走査型の露光装置の生産性を向上させるには、リニアモータＥ1 ，Ｅ2 の加速および減速に消費する時間をできるだけ短縮するのが望ましい。また、省スペースの観点からはリニアモータＥ1 ，Ｅ2 の加速減速中のウエハステージ１０３の走行距離もできるだけ短い方がよい。その結果、リニアモータＥ1 ，Ｅ2 に大きな推力が要求され、リニアモータ固定子１０４，１０５の磁場の強さを、例えば、５，０００ガウス程度の強磁場に設計することが要求される。そこで、各ヨーク１０４ａ，１０５ａは鉄等の飽和磁束密度の高い材質のものを用いるが、それでも、上記のような強磁場の磁束が集中する各ヨーク１０４ａ，１０５ａの両端部分１０４ｃ，１０５ｃ（図９に示す）は、集中した磁束を飽和させないために極めて大きな断面積を必要とする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術によれば、前述のように、レチクルステージ２０３についてはそのベース２０１が、ウエハステージ１０３のベース１０１と一体であるフレーム２０４に支持され、しかもウエハステージ１０３の４〜５倍の速度まで加速する必要があるため、レチクルステージ２０３のリニアモータの反力による振動が大きな問題となる。すなわち、レチクルステージ２０３は露光装置の上方部に位置するために構造的に振動を発生しやすいうえに、ウエハステージ１０３のリニアモータよりはるかに大きな駆動力で駆動されるため、露光装置全体を大きく揺動させ、露光装置のサーボ系の大きな外乱となる。このような外乱は次回の露光サイクルにおいてレチクルステージ２０３とウエハステージ１０３の走査を同期させるうえでの障害となるため、外乱が静まるのを待って次回の露光サイクルを開始しなければならず、スループットの低下を招く。
【０００９】
加えて、露光装置全体が大きく揺れると、レチクルステージ２０３や投影光学系２０５を支持するフレーム２０４等が変形し、ウエハステージ１０３やレチクルステージ２０３の位置を検出するレーザ干渉計１０８，２０８等の検出値に著しい誤差を発生する結果となる。
【００１０】
本発明は、上記従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、レチクルステージ等の走査ステージの揺動や、その駆動に起因する露光装置全体の振動を大幅に低減できる露光装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の露光装置は、走査方向に往復走行自在であるレチクルステージと、該レチクルステージを加速および減速するリニアモータと、前記レチクルステージの位置を検出する干渉計と、前記レチクルステージを支持するレチクルステージベースと、該レチクルステージベースを支持するとともに投影光学系を支持するフレームと、該フレームと別体である支持枠とを有し、前記干渉計は前記レチクルステージベースに設けられており、前記リニアモータの固定子は、前記支持枠に支持されていることを特徴とする。
【００１２】
また、走査方向に往復走行自在であるレチクルステージと、該レチクルステージを加速および減速するリニアモータと、前記レチクルステージの位置を検出する干渉計と、前記レチクルステージを支持するレチクルステージベースと、該レチクルステージベースから分離独立し、前記リニアモータの固定子を支持するリニアモータベースとを有し、前記干渉計は前記レチクルステージベースに設けられていることを特徴とする露光装置でもよい。
【００１３】
前記リニアモータの駆動力によって前記走査ステージに発生する回転モーメントを相殺するように推力を発生する推力発生手段とを有するとよい。
【００１４】
回転モーメントを相殺するように推力を発生する推力発生手段は、垂直方向の推力を発生するとよい。
【００１５】
回転モーメントを相殺するように推力を発生する推力発生手段は、偏平コイルと磁石ユニットとを有するリニアモータであるとよい。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【作用】
レチクルステージ等の走査ステージを走行路に沿って走行自在に支持するレチクルステージベースやこれを支持するフレーム等の走査ステージ支持手段から分離独立したリニアモータベースに、走査ステージを駆動するリニアモータの固定子を支持させることで、リニアモータの駆動によって露光装置のフレーム等に振動を発生し、同時に走査するレチクルステージとウエハステージの制御を妨げる等のトラブルを回避できる。
【００１９】
そして、前記リニアモータの駆動によって走査ステージに発生する回転モーメントを相殺するための推力発生手段が設けられていれば、前記モーメントに起因するレチクルステージや露光装置のフレーム等の揺動を防ぐことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は一実施例による露光装置に搭載される走査ステージ装置を示す斜視図であって、これは、走査ステージ支持手段であるレチクルステージベース７１ａ上に固定された一対の案内レール７２ａ，７２ｂからなるガイド７２と、ガイド７２に沿って所定の方向に往復走行自在な走査ステージであるレチクルステージ７３と、レチクルステージ７３の走行路に沿ってその両側にそれぞれ一対ずつ配設されたリニアモータ固定子７４，７５と、レチクルステージ７３の両側面とそれぞれ一体的に設けられたリニアモータ可動子７６，７７を有し、各対のリニアモータ固定子７４，７５は、従来例と同様の長尺のリニアモータ固定子をレチクルステージ７３の走行路の全長に沿って固定したうえでその中央部分を切除したときの残りの両端部分に等しい構成でこれらと同じ位置に配設され、レチクルステージ７３と一体であるリニアモータ可動子７６，７７とともに走行路の加速領域である両端部分のそれぞれにおいて定速走査領域である中央部分に向かってレチクルステージ７３を加速するリニアモータＡ4 ，Ａ5 を構成する。なお、レチクルステージ７３は図示しない静圧軸受パッド等によってガイド７２上を非接触で案内され、レチクルステージ７３が走行路の両端部分を走行するときは各リニアモータ可動子７６，７７の開口をリニアモータ固定子７４，７５のヨークの一部分とこれに保持された磁石が貫通し、各リニアモータ可動子７６，７７がこれに供給される駆動電流によって励磁されてレチクルステージ７３を前述のように加速する第１の推力を発生するように構成されている。
【００２２】
リニアモータＡ4 ，Ａ5 の固定子であるリニアモータ固定子７４，７５は、レチクルステージベース７１ａから分離独立したリニアモータベース７１ｂによって支持され、リニアモータＡ4 ，Ａ5 の駆動力（推力）の反力が、露光装置のウエハステージ９３（図４参照）等に振動を発生させることのないように構成されている。
【００２３】
また、ガイド７２の案内レール７２ａ，７２ｂの間には、図２に拡大して示すように小形のループ状のサブヨーク７８ａとその内側に固着されたサブ磁石７８ｂからなるサブリニアモータ固定子７８と、これとともにサブリニアモータＡ6 を構成するサブリニアモータ可動子７９が配設され、サブリニアモータ固定子７８はレチクルステージベース７１ａに固定され、サブリニアモータ可動子７９はレチクルステージ７３の図示下面から突出する支持体７９ａに固着されている。サブリニアモータＡ6 は、主にレチクルステージ７３がリニアモータＡ4 またはＡ5 によって所定の速度まで加速されたのちに励磁され、レチクルステージ７３の走査速度の変化を補償する第２の推力を発生する。このように、サブリニアモータＡ6 の役目はレチクルステージ７３がその走行路の定速走査領域である中央部分を走行するときにのみ推力を発生してレチクルステージ７３の走査速度を一定値に維持するものであるため、レチクルステージ７３の加速および減速を行なうリニアモータＡ4 ，Ａ5 のように大きな推力を発生させる必要がない。従って、サブリニアモータＡ6 はリニアモータＡ4 ，Ａ5 に比べて極めて小形、かつ、軽量のものでよい。
【００２４】
ところで、両リニアモータＡ4 ，Ａ5 による推力がレチクルステージ７３に作用する位置とレチクルステージ７３の重心位置とを垂直方向に厳密に一致させることは困難で、一般的には多少のずれがあるのが普通である。従って、リニアモータＡ4 ，Ａ5 を駆動するときにはその駆動力によってレチクルステージ７３を回転させるモーメントが発生し、このためにレチクルステージベース７１ａが揺動し、その結果、露光装置全体が大きく揺れたり、露光装置のフレーム９４（図４参照）等が変形したりする可能性がある。
【００２５】
このようなトラブルを防ぐために、回転モーメントを相殺するための推力発生手段である揺動防止装置を付加する。これは、レチクルステージ７３に図示左右にそれぞれ一対ずつ一体的に設けられた２対の偏平コイル８１ａ，８１ｂと、リニアモータベース７１ｂに支持された図示左右２対の磁石ユニットである揺動防止磁石ユニット８２ａ，８２ｂを有する。
【００２６】
図３に拡大して示すように、各偏平コイル８１ａ，８１ｂは垂直に保持された縦型のコイルであり、各揺動防止磁石ユニット８２ａ，８２ｂは互いに異なる極性を有する２枚の磁石８３ａと、両者を垂直方向に重ねた状態で保持するヨーク８３ｂからなり、リニアモータＡ4 ，Ａ5 の駆動中は左右いずれかの偏平コイル８２ａ，８１ｂが揺動防止磁石ユニット８２ａ，８２ｂの開口部に侵入した状態となり、偏平コイル８１ａ，８１ｂに供給される電流によって垂直方向の第３の推力が発生し該推力によるモーメントが、リニアモータＡ4 ，Ａ5 の駆動によって発生する回転モーメントを相殺するように構成される。
【００２７】
偏平コイル８１ａ，８１ｂに供給される電流の制御は、レチクルステージ７３等の加速度を測定しこれに基づいて算出されたレチクルステージ７３等の揺動量をフィードバックしてもよいし、あるいは、予め、リニアモータＡ4 ，Ａ5 に供給する電流に同期させてプログラムされた電流パターンを用いてもよい。
【００２８】
図４は、図１の走査ステージ装置を搭載した露光装置全体を示すもので、前述のように、レチクルステージ７３を支持するレチクルステージベース７１ａは、露光装置のウエハステージ９３を支持する台盤９２に立設されたフレーム９４と一体であり、他方リニアモータベース７１ｂは台盤９２と別に床面Ｆに直接固定された支持枠９０に支持される。また、レチクルステージ７３上のレチクルＲ4 を経てウエハステージ９３上のウエハＷ4 を露光する露光光は、破線で示す光源装置９５から発生される。
【００２９】
フレーム９４は、レチクルステージベース７１ａを支持するとともにレチクルステージ７３とウエハステージ９３の間に投影光学系９６を支持する。前述のように、レチクルステージ７３を加速および減速するリニアモータＡ4 ，Ａ5 のリニアモータ固定子７４，７５がフレーム９４と別体である支持枠９０によって支持されているため、レチクルステージ７３のリニアモータＡ4 ，Ａ5 の駆動力の反力がウエハステージ９３に伝わってその駆動部の外乱となったり、あるいは投影光学系９６を振動させるおそれはない。
【００３０】
このように、レチクルステージ７３のリニアモータＡ4 ，Ａ5 の駆動力の反力によるトラブルを回避することで、次回の露光サイクルを開始するまでの待機時間を短縮し、露光装置のスループットを向上させることができる。
【００３１】
なお、ウエハステージ９３は、レチクルステージ７３と同様の図示しない駆動部によってレチクルステージ７３と同期して走査される。レチクルステージ７３とウエハステージ９３の走査中、両者の位置はそれぞれ干渉計９７，９８によって継続的に検出され、レチクルステージ７３とウエハステージ９３の駆動部にそれぞれフィードバックされる。これによって両者の走査開始位置を正確に同期させるとともに、定速走査領域の走査速度を高精度で制御することができる。
【００３２】
また、レチクルステージ７３に前述の揺動防止装置を付加することで、レチクルステージ７３のリニアモータＡ4 ，Ａ5 の駆動力による回転モーメントを相殺し、レチクルステージ７３が加速または減速されるときの露光装置全体の揺動を防ぎ、露光装置が大きく揺れてフレーム９４等が変形しこのためにレチクルステージベース７１ａに支持された干渉計９７，９８に対するレチクルステージ７３、ウエハステージ９３の相対位置がずれたりするトラブルを回避できる。
【００３３】
次に上述した露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の参考例を説明する。図５は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップＳ１１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップＳ１２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップＳ１３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いて基板であるウエハを製造する。ステップＳ１４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップＳ１５（組立）は後工程と呼ばれ、ステップＳ１４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップＳ１６（検査）ではステップＳ１５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップＳ１７）される。
【００３４】
図６は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップＳ２１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップＳ２２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ２３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ２４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ２５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ２６（露光）では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップＳ２７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップＳ２８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップＳ２９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。本参考例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００３６】
走査ステージ装置の駆動に起因する揺動や振動を防ぐことで、走査ステージ装置やこれと連動する装置の制御を妨げる外乱を低減できる。
【００３７】
このような走査ステージ装置をレチクルステージやウエハステージに用いることで、高性能な露光装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一実施例による露光装置に搭載される走査ステージ装置を示す斜視図である。
【図２】 図１の装置のサブリニアモータのみを示す斜視図である。
【図３】 図１の装置の偏平コイルと揺動防止磁石ユニットを説明する図である。
【図４】 露光装置全体を示す立面図である。
【図５】 半導体などのデバイスの生産フローを示す図である。
【図６】 ウエハプロセスの詳細なフローを示す立面図である。
【図７】 一従来例による走査ステージ装置を示す斜視図である。
【図８】 図７の装置を示す平面図である。
【図９】 図７の装置のリニアモータ固定子の磁場を説明する図である。
【図１０】 従来例による露光装置を示す立面図である。
【符号の説明】
Ａ４ ，Ａ５ リニアモータ
Ａ６ サブリニアモータ
７１ａ レチクルステージベース
７１ｂ リニアモータベース
７２ ガイド
７３ レチクルステージ
７４，７５ リニアモータ固定子
７６，７７ リニアモータ可動子
７８ サブリニアモータ固定子
７９ サブリニアモータ可動子
８１ａ，８１ｂ 偏平コイル
８２ａ，８２ｂ 揺動防止磁石ユニット
９０ 支持枠
９３ ウエハステージ
９４ フレーム
９５ 光源装置
９６ 投影光学系
９７、９８ 干渉計
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光装置のなかで、特に、レチクルパターンを円弧状あるいは矩形状の帯状領域に限定してウエハ等基板（以下、「基板」という。）に結像させ、レチクルと基板の双方を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、基板に転写するいわゆる走査型の露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原版であるレチクルと基板の双方を走査させてレチクルパターン全体を基板に転写するいわゆる走査型の露光装置においては、レチクルや基板の走査速度を極めて高精度で安定して制御することが要求される。そこで、走査型の露光装置においてレチクルや基板を保持しこれを走査させる走査ステージ装置の駆動部に、図７に示すようにリニアモータを用いるのが一般的である。これは、ベース１０１上に固定された断面Ｕ字型のガイド１０２と、ガイド１０２に沿って所定の方向（以下、「走査方向」という。）に往復移動自在であるウエハステージ１０３と、ガイド１０２に沿って走行するウエハステージ１０３の走行路に沿ってその両側にベース１０１と一体的に配設された一対のリニアモータ固定子１０４，１０５と、ウエハステージ１０３の両側面１０３ａ，１０３ｂ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１０６，１０７を有し、リニアモータ固定子１０４，１０５とリニアモータ可動子１０６，１０７はそれぞれウエハステージ１０３を走査方向に加速減速する一対のリニアモータＥ1 ，Ｅ2 を構成する。なお、ウエハステージ１０３は図示しない静圧軸受パッド等によってガイド１０２に非接触で案内される。
【０００３】
各リニアモータ固定子１０４，１０５は、ガイド１０２のほぼ全長に沿って配設された長尺のループ状のヨーク１０４ａ，１０５ａとその内側に固着された長尺の磁石１０４ｂ，１０５ｂからなり、各磁石１０４ｂ，１０５ｂはリニアモータ可動子１０６，１０７のコイル開口１０６ａ，１０７ａを貫通する。各リニアモータ可動子１０６，１０７に図示しない電源から駆動電流が供給されてこれらが励磁されると、磁石１０４ｂ，１０５ｂに沿って推力が発生し、これによってウエハステージ１０３が加速あるいは減速される。
【０００４】
ウエハステージ１０３上にはウエハＷ0 が吸着され、その上方にはレチクルステージ２０３（図１０参照）によってレチクルが保持されており、レチクルの一部分に照射された帯状の露光光Ｌ0 （断面を破線で示す）によってウエハＷ0 の帯状領域が露光され、レチクルパターンの一部分が転写される。走査型の露光装置の各露光サイクルは、帯状の露光光Ｌ0 に対してウエハステージ１０３とレチクルステージ２０３の双方を走行させることでレチクルパターン全体をウエハＷ0 に転写するものであり、ウエハＷ0 を保持するウエハステージ１０３の走行中はその位置をレーザ干渉計１０８によって検出する。レチクルステージ２０３も上記と同様の駆動部を有し、同様に制御される。リニアモータＥ1 ，Ｅ2 によるウエハステージ１０３の加速減速および露光中の速度制御は以下のように行なわれる。
【０００５】
図８は図７の走査ステージ装置を平面図で示すもので、例えば、ウエハステージ１０３が走査方向の図示左端にあり、ウエハＷ0 の走査方向の幅の中心Ｏ0 が加速開始位置Ｐ1 に位置しているときにリニアモータＥ1 ，Ｅ2 の図示右向きの推力による加速が開始され、ウエハＷ0 の前記中心Ｏ0 が加速終了位置Ｐ2 に到達したときに加速が停止され、以後はリニアモータＥ1 ，Ｅ2 がウエハステージ１０３の走査速度を一定に制御する働きのみをする。ウエハＷ0 の中心Ｏ0 が減速開始位置Ｐ3 に到達するとリニアモータＥ1 ，Ｅ2 の図示左向きの推力による減速が開始され、ウエハＷ0 の中心Ｏ0 が減速終了位置Ｐ4 に到達したときにウエハステージ１０３の走行が停止され、同時に図示左向きの加速が開始される。ウエハステージ１０３の図示左向きの走行はリニアモータＥ1 ，Ｅ2 を前記と逆の方向に同じ手順で制御することで行なわれる。
【０００６】
このような加速減速サイクルにおいて、例えば、ウエハステージ１０３が図示右向きに走行するとき、ウエハＷ0 の中心Ｏ0 が加速終了位置Ｐ2 に到達すると同時に露光が開始され、露光光Ｌ0 がウエハＷ0 の図示右端の帯状領域に入射し、ウエハＷ0 の中心Ｏ0 が減速開始位置Ｐ3 に到達したときにウエハＷ0 の全面の露光が完了する。従って、ウエハＷ0 の露光中はウエハステージ１０３が一定の走査速度で走行し、また、図示しないレチクルもこれと同様に走行される。なお、露光開始時のウエハＷ0 とレチクルの相対位置は厳密に管理され、露光中のウエハＷ0 とレチクルの速度比は、両者の間の投影光学系の縮小倍率に正確に一致するように制御され、露光終了後は両者を適当に減速させる。
【０００７】
走査型の露光装置の生産性を向上させるには、リニアモータＥ1 ，Ｅ2 の加速および減速に消費する時間をできるだけ短縮するのが望ましい。また、省スペースの観点からはリニアモータＥ1 ，Ｅ2 の加速減速中のウエハステージ１０３の走行距離もできるだけ短い方がよい。その結果、リニアモータＥ1 ，Ｅ2 に大きな推力が要求され、リニアモータ固定子１０４，１０５の磁場の強さを、例えば、５，０００ガウス程度の強磁場に設計することが要求される。そこで、各ヨーク１０４ａ，１０５ａは鉄等の飽和磁束密度の高い材質のものを用いるが、それでも、上記のような強磁場の磁束が集中する各ヨーク１０４ａ，１０５ａの両端部分１０４ｃ，１０５ｃ（図９に示す）は、集中した磁束を飽和させないために極めて大きな断面積を必要とする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術によれば、前述のように、レチクルステージ２０３についてはそのベース２０１が、ウエハステージ１０３のベース１０１と一体であるフレーム２０４に支持され、しかもウエハステージ１０３の４〜５倍の速度まで加速する必要があるため、レチクルステージ２０３のリニアモータの反力による振動が大きな問題となる。すなわち、レチクルステージ２０３は露光装置の上方部に位置するために構造的に振動を発生しやすいうえに、ウエハステージ１０３のリニアモータよりはるかに大きな駆動力で駆動されるため、露光装置全体を大きく揺動させ、露光装置のサーボ系の大きな外乱となる。このような外乱は次回の露光サイクルにおいてレチクルステージ２０３とウエハステージ１０３の走査を同期させるうえでの障害となるため、外乱が静まるのを待って次回の露光サイクルを開始しなければならず、スループットの低下を招く。
【０００９】
加えて、露光装置全体が大きく揺れると、レチクルステージ２０３や投影光学系２０５を支持するフレーム２０４等が変形し、ウエハステージ１０３やレチクルステージ２０３の位置を検出するレーザ干渉計１０８，２０８等の検出値に著しい誤差を発生する結果となる。
【００１０】
本発明は、上記従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、レチクルステージ等の走査ステージの揺動や、その駆動に起因する露光装置全体の振動を大幅に低減できる露光装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の露光装置は、走査方向に往復走行自在であるレチクルステージと、該レチクルステージを加速および減速するリニアモータと、前記レチクルステージの位置を検出する干渉計と、前記レチクルステージを支持するレチクルステージベースと、該レチクルステージベースを支持するとともに投影光学系を支持するフレームと、該フレームと別体である支持枠とを有し、前記干渉計は前記レチクルステージベースに設けられており、前記リニアモータの固定子は、前記支持枠に支持されていることを特徴とする。
【００１２】
また、走査方向に往復走行自在であるレチクルステージと、該レチクルステージを加速および減速するリニアモータと、前記レチクルステージの位置を検出する干渉計と、前記レチクルステージを支持するレチクルステージベースと、該レチクルステージベースから分離独立し、前記リニアモータの固定子を支持するリニアモータベースとを有し、前記干渉計は前記レチクルステージベースに設けられていることを特徴とする露光装置でもよい。
【００１３】
前記リニアモータの駆動力によって前記走査ステージに発生する回転モーメントを相殺するように推力を発生する推力発生手段とを有するとよい。
【００１４】
回転モーメントを相殺するように推力を発生する推力発生手段は、垂直方向の推力を発生するとよい。
【００１５】
回転モーメントを相殺するように推力を発生する推力発生手段は、偏平コイルと磁石ユニットとを有するリニアモータであるとよい。
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【作用】
レチクルステージ等の走査ステージを走行路に沿って走行自在に支持するレチクルステージベースやこれを支持するフレーム等の走査ステージ支持手段から分離独立したリニアモータベースに、走査ステージを駆動するリニアモータの固定子を支持させることで、リニアモータの駆動によって露光装置のフレーム等に振動を発生し、同時に走査するレチクルステージとウエハステージの制御を妨げる等のトラブルを回避できる。
【００１９】
そして、前記リニアモータの駆動によって走査ステージに発生する回転モーメントを相殺するための推力発生手段が設けられていれば、前記モーメントに起因するレチクルステージや露光装置のフレーム等の揺動を防ぐことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は一実施例による露光装置に搭載される走査ステージ装置を示す斜視図であって、これは、走査ステージ支持手段であるレチクルステージベース７１ａ上に固定された一対の案内レール７２ａ，７２ｂからなるガイド７２と、ガイド７２に沿って所定の方向に往復走行自在な走査ステージであるレチクルステージ７３と、レチクルステージ７３の走行路に沿ってその両側にそれぞれ一対ずつ配設されたリニアモータ固定子７４，７５と、レチクルステージ７３の両側面とそれぞれ一体的に設けられたリニアモータ可動子７６，７７を有し、各対のリニアモータ固定子７４，７５は、従来例と同様の長尺のリニアモータ固定子をレチクルステージ７３の走行路の全長に沿って固定したうえでその中央部分を切除したときの残りの両端部分に等しい構成でこれらと同じ位置に配設され、レチクルステージ７３と一体であるリニアモータ可動子７６，７７とともに走行路の加速領域である両端部分のそれぞれにおいて定速走査領域である中央部分に向かってレチクルステージ７３を加速するリニアモータＡ4 ，Ａ5 を構成する。なお、レチクルステージ７３は図示しない静圧軸受パッド等によってガイド７２上を非接触で案内され、レチクルステージ７３が走行路の両端部分を走行するときは各リニアモータ可動子７６，７７の開口をリニアモータ固定子７４，７５のヨークの一部分とこれに保持された磁石が貫通し、各リニアモータ可動子７６，７７がこれに供給される駆動電流によって励磁されてレチクルステージ７３を前述のように加速する第１の推力を発生するように構成されている。
【００２２】
リニアモータＡ4 ，Ａ5 の固定子であるリニアモータ固定子７４，７５は、レチクルステージベース７１ａから分離独立したリニアモータベース７１ｂによって支持され、リニアモータＡ4 ，Ａ5 の駆動力（推力）の反力が、露光装置のウエハステージ９３（図４参照）等に振動を発生させることのないように構成されている。
【００２３】
また、ガイド７２の案内レール７２ａ，７２ｂの間には、図２に拡大して示すように小形のループ状のサブヨーク７８ａとその内側に固着されたサブ磁石７８ｂからなるサブリニアモータ固定子７８と、これとともにサブリニアモータＡ6 を構成するサブリニアモータ可動子７９が配設され、サブリニアモータ固定子７８はレチクルステージベース７１ａに固定され、サブリニアモータ可動子７９はレチクルステージ７３の図示下面から突出する支持体７９ａに固着されている。サブリニアモータＡ6 は、主にレチクルステージ７３がリニアモータＡ4 またはＡ5 によって所定の速度まで加速されたのちに励磁され、レチクルステージ７３の走査速度の変化を補償する第２の推力を発生する。このように、サブリニアモータＡ6 の役目はレチクルステージ７３がその走行路の定速走査領域である中央部分を走行するときにのみ推力を発生してレチクルステージ７３の走査速度を一定値に維持するものであるため、レチクルステージ７３の加速および減速を行なうリニアモータＡ4 ，Ａ5 のように大きな推力を発生させる必要がない。従って、サブリニアモータＡ6 はリニアモータＡ4 ，Ａ5 に比べて極めて小形、かつ、軽量のものでよい。
【００２４】
ところで、両リニアモータＡ4 ，Ａ5 による推力がレチクルステージ７３に作用する位置とレチクルステージ７３の重心位置とを垂直方向に厳密に一致させることは困難で、一般的には多少のずれがあるのが普通である。従って、リニアモータＡ4 ，Ａ5 を駆動するときにはその駆動力によってレチクルステージ７３を回転させるモーメントが発生し、このためにレチクルステージベース７１ａが揺動し、その結果、露光装置全体が大きく揺れたり、露光装置のフレーム９４（図４参照）等が変形したりする可能性がある。
【００２５】
このようなトラブルを防ぐために、回転モーメントを相殺するための推力発生手段である揺動防止装置を付加する。これは、レチクルステージ７３に図示左右にそれぞれ一対ずつ一体的に設けられた２対の偏平コイル８１ａ，８１ｂと、リニアモータベース７１ｂに支持された図示左右２対の磁石ユニットである揺動防止磁石ユニット８２ａ，８２ｂを有する。
【００２６】
図３に拡大して示すように、各偏平コイル８１ａ，８１ｂは垂直に保持された縦型のコイルであり、各揺動防止磁石ユニット８２ａ，８２ｂは互いに異なる極性を有する２枚の磁石８３ａと、両者を垂直方向に重ねた状態で保持するヨーク８３ｂからなり、リニアモータＡ4 ，Ａ5 の駆動中は左右いずれかの偏平コイル８２ａ，８１ｂが揺動防止磁石ユニット８２ａ，８２ｂの開口部に侵入した状態となり、偏平コイル８１ａ，８１ｂに供給される電流によって垂直方向の第３の推力が発生し該推力によるモーメントが、リニアモータＡ4 ，Ａ5 の駆動によって発生する回転モーメントを相殺するように構成される。
【００２７】
偏平コイル８１ａ，８１ｂに供給される電流の制御は、レチクルステージ７３等の加速度を測定しこれに基づいて算出されたレチクルステージ７３等の揺動量をフィードバックしてもよいし、あるいは、予め、リニアモータＡ4 ，Ａ5 に供給する電流に同期させてプログラムされた電流パターンを用いてもよい。
【００２８】
図４は、図１の走査ステージ装置を搭載した露光装置全体を示すもので、前述のように、レチクルステージ７３を支持するレチクルステージベース７１ａは、露光装置のウエハステージ９３を支持する台盤９２に立設されたフレーム９４と一体であり、他方リニアモータベース７１ｂは台盤９２と別に床面Ｆに直接固定された支持枠９０に支持される。また、レチクルステージ７３上のレチクルＲ4 を経てウエハステージ９３上のウエハＷ4 を露光する露光光は、破線で示す光源装置９５から発生される。
【００２９】
フレーム９４は、レチクルステージベース７１ａを支持するとともにレチクルステージ７３とウエハステージ９３の間に投影光学系９６を支持する。前述のように、レチクルステージ７３を加速および減速するリニアモータＡ4 ，Ａ5 のリニアモータ固定子７４，７５がフレーム９４と別体である支持枠９０によって支持されているため、レチクルステージ７３のリニアモータＡ4 ，Ａ5 の駆動力の反力がウエハステージ９３に伝わってその駆動部の外乱となったり、あるいは投影光学系９６を振動させるおそれはない。
【００３０】
このように、レチクルステージ７３のリニアモータＡ4 ，Ａ5 の駆動力の反力によるトラブルを回避することで、次回の露光サイクルを開始するまでの待機時間を短縮し、露光装置のスループットを向上させることができる。
【００３１】
なお、ウエハステージ９３は、レチクルステージ７３と同様の図示しない駆動部によってレチクルステージ７３と同期して走査される。レチクルステージ７３とウエハステージ９３の走査中、両者の位置はそれぞれ干渉計９７，９８によって継続的に検出され、レチクルステージ７３とウエハステージ９３の駆動部にそれぞれフィードバックされる。これによって両者の走査開始位置を正確に同期させるとともに、定速走査領域の走査速度を高精度で制御することができる。
【００３２】
また、レチクルステージ７３に前述の揺動防止装置を付加することで、レチクルステージ７３のリニアモータＡ4 ，Ａ5 の駆動力による回転モーメントを相殺し、レチクルステージ７３が加速または減速されるときの露光装置全体の揺動を防ぎ、露光装置が大きく揺れてフレーム９４等が変形しこのためにレチクルステージベース７１ａに支持された干渉計９７，９８に対するレチクルステージ７３、ウエハステージ９３の相対位置がずれたりするトラブルを回避できる。
【００３３】
次に上述した露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の参考例を説明する。図５は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップＳ１１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップＳ１２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップＳ１３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いて基板であるウエハを製造する。ステップＳ１４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップＳ１５（組立）は後工程と呼ばれ、ステップＳ１４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップＳ１６（検査）ではステップＳ１５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップＳ１７）される。
【００３４】
図６は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップＳ２１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップＳ２２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ２３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ２４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ２５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ２６（露光）では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップＳ２７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップＳ２８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップＳ２９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。本参考例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００３６】
走査ステージ装置の駆動に起因する揺動や振動を防ぐことで、走査ステージ装置やこれと連動する装置の制御を妨げる外乱を低減できる。
【００３７】
このような走査ステージ装置をレチクルステージやウエハステージに用いることで、高性能な露光装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一実施例による露光装置に搭載される走査ステージ装置を示す斜視図である。
【図２】 図１の装置のサブリニアモータのみを示す斜視図である。
【図３】 図１の装置の偏平コイルと揺動防止磁石ユニットを説明する図である。
【図４】 露光装置全体を示す立面図である。
【図５】 半導体などのデバイスの生産フローを示す図である。
【図６】 ウエハプロセスの詳細なフローを示す立面図である。
【図７】 一従来例による走査ステージ装置を示す斜視図である。
【図８】 図７の装置を示す平面図である。
【図９】 図７の装置のリニアモータ固定子の磁場を説明する図である。
【図１０】 従来例による露光装置を示す立面図である。
【符号の説明】
Ａ４ ，Ａ５ リニアモータ
Ａ６ サブリニアモータ
７１ａ レチクルステージベース
７１ｂ リニアモータベース
７２ ガイド
７３ レチクルステージ
７４，７５ リニアモータ固定子
７６，７７ リニアモータ可動子
７８ サブリニアモータ固定子
７９ サブリニアモータ可動子
８１ａ，８１ｂ 偏平コイル
８２ａ，８２ｂ 揺動防止磁石ユニット
９０ 支持枠
９３ ウエハステージ
９４ フレーム
９５ 光源装置
９６ 投影光学系
９７、９８ 干渉計
Claims (6)
- 走査方向に往復走行自在であるレチクルステージと、該レチクルステージを加速および減速するリニアモータと、前記レチクルステージの位置を検出する干渉計と、前記レチクルステージを支持するレチクルステージベースと、該レチクルステージベースを支持するとともに投影光学系を支持するフレームと、該フレームと別体である支持枠とを有し、前記干渉計は前記レチクルステージベースに設けられており、前記リニアモータの固定子は、前記支持枠に支持されていることを特徴とする露光装置。
- 走査方向に往復走行自在であるレチクルステージと、該レチクルステージを加速および減速するリニアモータと、前記レチクルステージの位置を検出する干渉計と、前記レチクルステージを支持するレチクルステージベースと、該レチクルステージベースから分離独立し、前記リニアモータの固定子を支持するリニアモータベースとを有し、前記干渉計は前記レチクルステージベースに設けられていることを特徴とする露光装置。
- 投影光学系とレチクルステージベースを支持するフレームが設けられていることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
- 前記リニアモータの駆動力によって前記走査ステージに発生する回転モーメントを相殺するように推力を発生する推力発生手段とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の露光装置。
- 回転モーメントを相殺するように推力を発生する推力発生手段は、垂直方向の推力を発生することを特徴とする請求項４記載の露光装置。
- 回転モーメントを相殺するように推力を発生する推力発生手段は、偏平コイルと磁石ユニットとを有するリニアモータであることを特徴とする請求項４または５記載の露光装置。
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