JP4241295B2 - ステージ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステージ装置に適用されるステージベースに関し、より詳しくは、微動ステージに連結され冷却媒体の循環による冷却が可能な冷却機構を有するステージ装置に関する。また、本発明は、このようなステージ装置を用いた露光装置及びデバイス製造方法に関する。

マスクやレチクル上に描かれた半導体装置製造用のパターンをウエハ上に投影するステッパ等の露光装置が用いられている。このような露光装置は、露光処理を行う前に、レチクルとウエハの位置合わせあわせを行う機能を備える。このような位置合わせには、一般的に、露光すべきパターンが描かれたレチクル等の原板とウエハ等の被露光体（基板）とのずれを計測し、その計測結果に基づいて、被露光体を繰り返しステップさせて露光するステップアンドリピートタイプと、原板と被露光体とを相対移動させて露光するステップアンドスキャンタイプと、がある。これらの露光装置は、解像度及び重ね合せ精度の観点から、被露光体（ウエハ）を保持しながら移動するウエハステージを、極めて高精度に位置決めすることが要求されている。また、近年では、生産性向上のために位置決めの高速化が望まれている。

図７は、露光装置内の従来のウエハステージを示す斜視図である。図７では、ステージ定盤５５上にＹ方向の移動機構としてのＹステージ５４が載置されている。Ｙステージ５４上には、Ｘ方向の移動機構としてのＸステージ５１が載置されている。このようにして、Ｙステージ５４とＸステージ５１によってＸＹステージ５６が構成される。

図８は、ＸＹステージの構成を示す概略図である。ステージ定盤５５は、上面が滑らかな基準面を有する。ＸＹステージ５６は、移動体としてのＹステージ５４（５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ）及び移動体としてのＸステージ５１によって構成される。Ｙステージ５４の水平方向（Ｙ軸方向）には、固定ガイド５２が設けられている。Ｘステージ５１の水平方向（Ｘ軸方向）、Ｘステージ５１の鉛直方向（Ｚ軸方向）、Ｙステージ５４の水平方向（Ｙ軸方向）、Ｙステージ５４の鉛直方向には、それぞれ多孔質の静圧空気軸受けが設けられ、これらのステージを各々案内する。

Ｙステージ５４は、これらの静圧空気軸受けに給気することによって定盤５５から浮上し、その両側に配置された２つの駆動アクチュエータ５４ｃによって片側に設けられている固定ガイド５２に沿ってＹ方向に移動する。Ｘステージ５１は、これらの静圧空気軸受けに給気することによってＹステージ５４と同様に定盤５５から浮上し、Ｙステージ５４の側面５４ｂを水平方向の案内として駆動アクチュエータ５１ｃによってＸ方向に移動する。このとき、Ｘステージ５１及Ｙステージ５４は、複数の与圧用磁石ユニット（不図示）によって常に一定の姿勢となるように調整されている。

図９は、微動ステージ９０の構成を示す概略図である。微動ステージ９０の下方には微動ステージ９０に推力や吸引力を作用する基準を有するＸＹステージ５６（図８を参照）が配置される。微動ステージ９０は、Ｘステージ５１上に設けられたステージベース５０’に対して、非接触で搭載されている。ＸＹステージ５６には、前記基準面に対して微動ステージ９０の姿勢を微動制御するリニアモータ１１、１２、１３と、微動ステージ９０にＸＹ方向の加速度を伝達する円筒形状の電磁石ユニット２１、２２、２３とが設けられている。また、微動ステージ９０は、自重支持のための自重補償機構３を備える。

以上の構成により、ＸＹステージ５６から微動ステージ９０に対してリニアモータ１１、１２、１３によって推力を与えることができ、電磁石ユニット２１、２２、２３によってＸＹ方向に大きな吸引力を与えることができる。

このように、ＸＹステージ５６に対して微動ステージ９０を非接触で支持する場合では、リニアモータ１１、１２、１３に対して所望の加速度で微動ステージ９０を加速できるだけの性能が要求される。そのため、リニアモータ１１、１２、１３には、微動ステージ９０を駆動する際に発熱をともなうことが予想される。そこで、リニアモータ１１、１２、１３には、冷却機構が設けられている。この冷却機構によって、リニアモータ１１、１２、１３からの発熱が外部に漏れることを抑制する構造となっている。

図１０は、微動ステージ９０を駆動するためにステージベース５０’の支持面１００’上に配置されたリニアモータコイル１１３と、リニアモータコイル１１３を冷却するための冷却機構を備えた部品１と、を示す概略図である。部品１は、一般的には、リニアモータコイル１１３をジャケット１１２で覆い、ジャケット１１２内部に樹脂チューブ１１１を用いて冷却媒体を供給するように構成される。このような構成によって、部品１は、リニアモータコイル１１３を冷却することができる。

同様に、図９に示す電磁石ユニット２１、２２、２３においても、図７、８のＸＹステージ５６を駆動する際に、微動ステージ９０に大きな吸引力が加えられるため、電磁石ユニット２１、２２、２３のコイルが発熱すると予想される。そこで、電磁石ユニット２１、２２、２３のコイルについても、リニアモータ１と同様にして、冷却機構を設けることによって、これらのコイルからの発熱が外部に漏れることを抑えることができる。上記のリニアモータの場合と同様に、このような冷却機構も、一般的には、コイルをジャケットで覆い、ジャケット内部に樹脂チューブ１１１を用いて冷却媒体を供給するように構成される。
特許第３１４５３５５号公報

しかしながら、微動ステージに連結される冷却機構を有する部品に対して、樹脂チューブを用いて冷却媒体の分配および供給を行う従来のステージ装置では、以下のような問題が生じる。
（１）樹脂チューブが振動しないように樹脂チューブをステージベースに固定及び配置すると、樹脂チューブを取り付ける取り付け部の寸法が増加し、周囲の部品との干渉や質量の増加が懸念される。
（２）樹脂チューブが引き回されることによって外乱が増加し、高精度な位置決めの妨げとなる。

ステージ装置が真空チャンバ内に置かれ、真空環境又は減圧環境で使用される場合では、樹脂チューブは多量のアウトガスを発生するため、それに起因する汚染の発生（汚染物の付着）又は真空チャンバ内の真空度の低下等が懸念される。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、冷却部を有する部品に冷却媒体を供給するための樹脂チューブの使用量を低く抑えることを目的とする。

本発明の第１の側面は、ステージと、前記ステージを支持し、冷媒用流路が形成されたプレートと、前記プレートの表面上に配置された冷却対象物と前記プレートの表面上に配置され前記冷却対象物を冷却する冷却部とを有する部品と、を備え、前記冷媒用流路は、前記プレートの中を通り、前記プレートの内部と前記部品とを連結する貫通穴を介して前記冷却部に至るように配置されることを特徴とする。

本発明の好適な実施の形態によれば、前記冷却対象物は、前記ステージを駆動するためのコイルであり、前記部品は、前記コイルを覆い、内部に冷媒を流す流路が形成された冷却ジャケットである。

本発明の好適な実施の形態によれば、前記冷媒用流路は、前記プレートの内部に形成された溝部を含み、前記溝部と前記冷却ジャケットの開口部とが前記貫通穴によって結合される。

本発明の好適な実施の形態によれば、前記冷媒用流路は複数の管路で構成され、該複数の管路はその管路抵抗がそれぞれ略同一となるように構成されていることが望ましい。

本発明の好適な実施の形態によれば、前記部品は、シール部材を介して前記冷媒用流路に接続されていることが望ましい。

本発明の好適な実施の形態によれば、前記シール部材は、Ｏリング、ガスケット及び接着剤を含むことが望ましい。

本発明の好適な実施の形態によれば、前記プレートは、溝が形成された第１構造体と、前記第1構造体に固定された第２構造体とを有し、前記第１構造体の溝の内面と前記第２構造体の表面とにより前記冷媒用流路が形成されることが望ましい。

本発明の好適な実施の形態によれば、前記第１構造体と前記第２構造体との間に、前記冷媒用流路の外側を取り囲むように配置されたシール部材を備え、該シール部材の内側及び外側が留め具により締結されている。

本発明の好適な実施の形態によれば、前記第２構造体は接着剤により前記第１構造体に固定され、前記第１構造体又は前記第２構造体は接着剤が充填される接着溝を更に備えることが望ましい。

本発明の好適な実施の形態によれば、前記接着溝の内部が留め具により締結されている。

本発明によれば、冷却部を有する部品に冷却媒体を供給するための樹脂チューブの使用量を低く抑えることができる。

本発明は、添付の図面を参照して詳細に説明される。

図１は、本発明の好適な実施の形態に係るステージベース５０と、ステージベース５０に連結される冷却部を備えた部品１と、を示す図である。図１は、冷却部を備えた部品１の一例として、リニアモータ固定子ジャケットを示したときの分解図である。

図１に示すように、ステージベース５０は、ベース板５０ａ及びベース板５０ｂの２つの構造体をボルト等の留め具で締結して、１つの構造体として構成される。ベース板５０ｂは、図９に示した微小ストロークを有する微動ステージ９０を移動可能に支持する支持面１００を有する。本実施形態に係るステージ装置は、概略的には、図７、図８に示すステージ装置の構成を一部変更したものである。即ち、本実施形態に係るステージ装置では、図８のＸステージ５１上に、ステージベース５０’に代えて図１に示すステージベース５０が設けられる。ステージベース５０の材料としては、軽量・高剛性化のためにセラミックスを用いるのが好適であるが、これに限定されず、金属等の他の材料を用いてもよい。

ベース板５０ａの表面には、溝４１が掘り込まれている。ベース板５０ａとベース板５０ｂとを締結させることによって、溝４１とベース板５０ｂとの間に冷却媒体４２を分配・供給するための内部流路が構成される。ベース板５０ａには、溝４１の外周を囲むシール溝４４が掘り込まれている。シール溝４４にシール部材としてのＯリング（不図示）をはめ込むことによって、内部流路としての溝４１を循環する冷却媒体がステージベース５０の外側に漏れることを防止することができる。なお、このようなシール部材としては、Ｏリングに限定されず、例えば、ガスケットや接着剤を用いてもよい。また、微動ステージ９０は、３自由度以上を有するように構成されることが好ましい。

ステージベース５０の支持面１００上には、図９の微動ステージ９０を駆動するためのリニアモータコイル１１３と、リニアモータコイル１１３を冷却するための冷却機構を有する部品１と、が配置されている。部品１は、リニアモータコイル１１３を覆うように支持面１００上に配置されている。

ベース板５０ｂには、シール溝６１が設けられている。シール溝６１にＯリング（不図示）等のシール部材を設けて、冷却部を有する部品（例えば、リニアモータ固定子ジャケット）１をステージベース５０に締結することによって、冷却媒体が外部に漏れるのを防ぐことができる。シール溝６１の内側には、溝４１に連通された貫通穴６１’が設けられている。支持面１００上に配置された部品１と貫通穴６１’とを連結させることによって、溝４１を通して部品１へ直接冷却媒体を供給することができる。このため、ステージベース５０と部品１とを連結するために用いられていた、図１０の樹脂チューブ１１１が不要となる。

なお、本実施形態では、シール溝６１はベース板５０ｂに設けられているが、これに限定されず、ベース板５０ｂに設けられてもよい。また、本実施形態では、ベース板５０ａに溝４１が設けられているが、これに限定されず、ステージベース５０を構成するベース板５０ａ及びベース板５０ｂの少なくとも一方の板に設けられればよい。同様に、シール溝４４は、溝４１が設けられた部材と同一部材（本実施形態では、ベース板５０ａ）上に設けられているが、これに限定されず、ベース板５０ａ及びベース板５０ｂの少なくとも一方に設けられればよい。また、本実施形態では、２枚の平板を締結することによって、その内部に流路を形成しているが、これに限定されず、１枚の平板の内部に上記の溝４１を形成してもよい。

以下、図２、図４及び図５を用いて、本発明の好適な実施の形態に係るステージベースの構成例を示す。図２、図４及び図５、それぞれ図１に示すベース板５０ａを矢印Ａ方向から見た平面図である。
[第１の構成例]
まず、図２を用いて本発明の好適な実施の形態に係る第１の構成例について説明する。ベース板５０ａの表面には、内部流路としての溝４１（斜線部）が掘り込まれている。流入口４１ａ及び流出口４１ｂは、溝４１に冷却媒体を供給するための入口と出口である。内部流路としての溝４１は、複数の管路で構成される。この複数の管路はその管路抵抗がそれぞれ略同一となるように構成されうる。すなわち、流入口４１ａからステージベース５０内の溝４１を通って部品１を介して流出口４１ｂまで冷却媒体を流すときの管路抵抗が、各管路においてほぼ等しくなるように、溝４１が構成されうる。シール溝４４は、溝４１の外側に掘り込まれており、Ｏリング等のシール部材を用いて、溝４１を流れる冷却媒体がステージベース５０の外側に漏れることを防止する。

ねじ穴部４５及び４６は、ベース板５０ａと図１のベース板５０ｂとをボルト等の留め具で締結するために設けられる。上記Ｏリング等のシール部材に力を加える際に、セラミック板５０ｂに作用する応力を抑えるために、Ｏリングの両側にねじ穴部４５、４６が設けられることが望ましい。

図３は、シール溝４４の内側に設けられたねじ穴部４５近傍の拡大図である。ねじ穴部４５は、ねじ穴４５ｂとＯリング等のシール部材用の溝４５ａ（斜線部）とで構成される。シール溝４４の内側では、溝４１に供給された冷却媒体の内圧によって、ベース板５０ａと５０ｂの隙間に冷却媒体が流入することが考えられる。このため、シール溝４４の内側に設けられたねじ穴４５ｂの外周には、ねじ穴４５ｂからステージベースの外部へ冷却媒体が漏れるのを防止するために、シール用の溝４５ａを設け、Ｏリング等のシール部材でシールすることが望ましい。

第１の構成例におけるステージベースは、少なくとも以下の特徴を有する。
（１）内部流路を介して、リニアモータ等に用いられる冷却部を有する部品に直接冷却媒体を供給することによって、樹脂チューブが引き回されることによる周囲の部品との干渉や、高精度な位置決めの妨げとなる外乱の増加を抑えることができる。
（２）また、ステージベースへの流入口から冷却部を有する部品へ冷却媒体を供給するときの内部流路の管路抵抗がほぼ等しくなるようにステージベース内部に溝を設けることによって、これらの部材を均等に冷却することができる。

なお、本構成例においては、ステージベース５０を締結するためのねじ穴部４５、４６がセラミック板５０ａ側に設けられているが、これに限定されず、セラミック板５０ｂ側に設けられてもよい。
[第２の構成例]
図４は、図２に示した第１の構成例を変形した第２の構成例を例示的に示す図である。本構成例では、第１の構成例と同様の構成要素には同一の参照符号を付けている。図２の構成例では、ベース板５０ａ及びベース板５０ｂは、シール溝４４の両側に設けられたねじ穴部４５、４６におけるボルト等の留め具による締結によって固定されていた。図４の構成例では、ステージベースが真空環境下又は減圧環境下で使用されることを考慮して、図２の構成に加えて、シール溝４４内部の溝４１を避けた位置に接着剤（不図示）を充填するための接着溜り４７を設けている。これによって、第２の構成例は、第１の構成例の（１）、（２）の特徴に加えて、以下の特徴を有する。
（３）内部流路に供給された冷却媒体が内部流路以外のベース板５０ａと５０ｂとの隙間の領域に流入した際に、冷却媒体とステージベース外部（真空又は減圧雰囲気）との差圧によって生じる力に対して、前記差圧が作用する面積（冷却媒体が流入し得る面積）を接着溜りにより減少させることによって、前記差圧による力を減少させることができるとともに、ベース板５０ａと５０ｂとをより確実に固定させることができる。また、ベース板５０ａと５０ｂとを締結しているねじ穴部４５への応力集中も緩和することができる。
[第３の構成例]
図５は、図４に示した第２の構成例を変形した第３の構成例を例示的に示す図である。本構成例では、第２の構成例と同様の構成要素には同一の参照符号を付けている。本構成例では、図４の構成に加えて、接着溜り４７の内部にねじ部４８が設けられている。図６は、接着溜り４７とその内部のねじ部４８の拡大図である。ねじ部４８ｂは、ベース板５０ａと５０ｂとをボルト等の留め具によって締結する。シール溝４８ａ（斜線部）は、ねじ穴４８ｂからステージベースの外部へ冷却媒体が漏れるのを防ぐために設けられたＯリング等のシール部材用の溝である。隔壁４８ｃは、シール溝４８ａと接着溜り４７との間に設けられた壁であり、冷却媒体を外部に漏れることを更に効果的に抑えることができる。

本構成例では、図４の構成に加えて、上記の構造を備えることによって、第１、２の構成例の（１）〜（３）の特徴に加えて、以下の特徴を有する。
（４）接着溜り４７の内部をボルト等の留め具で締結することによって、冷却媒体とステージベースの外部（真空又は減圧雰囲気）との差圧により生じる力によって接着剤に作用するせん断方向の力を緩和し、接着剤が剥離することを防止することができる。

図１１は、本発明の好適な実施の形態に係るステージ装置を組み込んだ露光装置の構成を概略的に示す図である。図１１に示す例では、上記のステージ装置をウエハステージ７００として搭載し、その上方にマスクステージ５００を搭載している。マスクステージ５００では、その上に設けられたチャックによってマスクが保持され、ウエハステージ７００では、その微動ステージ９０に設けられたチャックによってウエハが保持される。マスクは、照明光学系６０１によって照明され、マスクに形成されているパターンの像は、投影光学系６０２を介してウエハ上に投影転写される。このようにして、この露光装置は、本発明の好適な実施の形態に係るステージ装置を利用して、位置決め対象物（ウエハ）を位置決めし、露光動作を実行することができる。パターンが転写された基板としてのウエハ上の感光層は、半導体デバイスを製造するために現像される。この露光装置は、半導体デバイスの周知の製造プロセスに適用されうる。

本発明の好適な実施の形態に係るステージベースと微動ステージに適用される冷却部とを示す図である。 本発明の好適な実施の形態に係る第１の構成例を示す図である。 シール溝の内側に設けられたねじ穴部近傍の拡大図である。 本発明の好適な実施の形態に係る第２の構成例を示す図である。 本発明の好適な実施の形態に係る第３の構成例を示す図である。 接着溜りとその内部のねじ部の拡大図である。 従来の露光装置に適用されるウエハステージを示す斜視図である。 従来のＸＹステージの構成を示す概略図である。 従来の微動ステージの構成を示す概略図である。 従来のステージベースと微動ステージに適用される冷却部とを示す概略図である。 本発明の好適な実施の形態に係るステージ装置を適用した露光装置の概念図である。

符号の説明

１ 冷却部を有する部品
１１、１２、１３ リニアモータ
１１１ 樹脂チューブ
１１２ ジャケット
１１３ リニアモータコイル
２１、２２、２３ 電磁石ユニット
３ 自重補償機構
４１ 溝（内部流路）
４１ａ 流入口
４１ｂ 流出口
４２ 冷却媒体
４４ シール溝
４５、４６ ねじ穴部
４７ 接着溜リ
４８ ねじ部
５０、５０’ ステージベース
５０ａ、５０ｂ ベース板
５１ ＸＹステージ
６１ シール溝
６１’ 貫通穴
９０ 微動ステージ
１００ 支持面

Claims (10)

1. ステージと、
   前記ステージを支持し、冷媒用流路が形成されたプレートと、
   前記プレートの表面上に配置された冷却対象物と前記プレートの表面上に配置され前記冷却対象物を冷却する冷却部とを有する部品と、を備え、
   前記冷媒用流路は、前記プレートの中を通り、前記プレートの内部と前記部品とを連結する貫通穴を介して前記冷却部に至るように配置されることを特徴とするステージ装置。
2. 前記冷却対象物は、前記ステージを駆動するためのコイルであり、
   前記部品は、前記コイルを覆い、内部に冷媒を流す流路が形成された冷却ジャケット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. 前記冷媒用流路は、前記プレートの内部に形成された溝部を含み、前記溝部と前記冷却ジャケットの開口部とが前記貫通穴によって結合されることを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
4. 前記冷媒用流路は複数の管路で構成され、該複数の管路はその管路抵抗がそれぞれ略同一となるように構成されてい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. 前記部品は、シール部材を介して前記冷媒用流路に接続されてい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. 前記シール部材は、Ｏリング、ガスケット及び接着剤を含むことを特徴とする請求項５に記載のステージ装置。
7. 前記プレートは、溝が形成された第１構造体と、前記第1構造体に固定された第２構造体とを有し、前記第１構造体の溝の内面と前記第２構造体の表面とにより前記冷媒用流路が形成されることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
8. 前記第１構造体と前記第２構造体との間に、前記冷媒用流路の外側を取り囲むように配置されたシール部材を備え、該シール部材の内側及び外側が留め具により締結されていることを特徴とする請求項７に記載のステージ装置。
9. 前記第２構造体は接着剤により前記第１構造体に固定され、前記第１構造体又は前記第２構造体は接着剤が充填される接着溝を更に備えることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のステージ装置。
10. 前記接着溝の内部が留め具により締結されていることを特徴とする請求項９に記載のステージ装置。

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