JP4298547B2 - 位置決め装置およびそれを用いた露光装置 - Google Patents

Description

本発明は位置決め装置、特には半導体や液晶等のデバイスを製造する工程で用いられる露光装置に好適に用いられる位置決め装置に関するものである。

半導体や液晶等のデバイスを製造するための露光装置は、原版としてのレチクル（マスク）および基板としてのウェハを位置決めするためのレチクルステージおよびウェハステージを有する。このようなステージ装置（位置決め装置）において、高精度な位置決めを達成するために、大ストロークで移動（粗動）するステージと、小ストロークで移動（微動）するステージとを設ける方法が非特許文献１に開示されている。

図８は、特許文献１に記載の粗動と微動の機構を有するステージ装置を示す図である。大ストロークに移動する送りねじ系の可動部３１１に連結された支持枠３０６（粗動ステージ）は平面ガイド３０２上で移動可能となっている。支持枠３０６には、小ストローク移動用のリニアモータ固定子３０５が設けられており、リニアモータ可動子３０４が設けられたステージ３０１（微動ステージ）との間で力を発生することで、ステージ３０１を支持枠３０６に対して微小に移動可能としている。

支持枠３０６にはさらにステージ３０１をＹ軸方向で挟み込むように一対の電磁石３０８が設けられており、ステージ３０１に設けられた磁性体板３０７との間で吸引力を発生することで電磁継手として機能している。支持枠３０６が大加速度で加減速する際には、一対の電磁石３０８のうち片方の吸引力を用いてステージ３０１に力を伝達している。
小林昭監修，「超精密生産技術体系 第３巻 計測・制御技術」，初版，１９９５年７月１５日フジ・テクノシステム発行，ｐ２０−２７ 特開２０００−１０６３４４号公報

これらの技術は、当時として望まれる精度を十分に満たすものであったが、近年、位置決め装置には、さらなる高精度化が求められるようになってきた。具体的には、図６では電磁継手は吸引力により力を伝達しているが、ステージを一方向の片側から大きな力で引っ張ると、ステージの変形が問題となる。これらの変形は、特にナノメートルオーダの位置再現性が要求される露光装置用のステージ装置では、大きな問題となりうる。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、その目的は粗動ステージの加減速に伴う微動ステージの変形を低減した、高精度な位置決め装置を提供することである。

上述の課題を解決するために本発明は、第１方向に平行な順方向および逆方向に移動可能な第１ステージと、該第１ステージの移動ストロークよりも小さな移動ストロークで前記第１ステージに対して移動可能な第２ステージを有する位置決め装置であって、前記第２ステージに取り付けられ、前記第１方向に関して前記第２ステージの前後に設けられた磁性体板と、前記第１ステージに取り付けられ、前記第１方向に関して各磁性体板の前後に設けられ各磁性体板を非接触で挟み込む少なくとも二対の電磁石と、前記電磁石に流す電流を制御する制御手段と、
を有することを特徴としている。

本発明によれば、粗動ステージの加減速に伴う微動ステージの変形を低減した、高精度な位置決め装置を提供することができる。

（実施例１）
図１は実施例１に係るレチクルステージを示す図である。レチクルステージは粗動ステージ３および微動ステージ２を有する。粗動ステージ３は定盤４の上面で移動可能に支持されており、粗動用リニアモータ６によって走査方向としてのＹ軸方向に大ストロークで移動可能となっている。粗動用リニアモータ６は、ベースに支持されたコイルユニット（不図示）からなる固定子６ａと、粗動ステージ２に固定された磁石ユニットからなる可動子６ｂを有し、固定子６ａと可動子６ｂとの間でローレンツ力を発生させることで粗動ステージ３を駆動する。なお、粗動ステージの駆動機構はリニアモータにかぎるものではなく、その他の駆動機構であってもよい。

粗動ステージ３は中央部に露光光を通過させるための開口部１０を有している。開口部１０にはレチクル１を搭載した微動ステージ２が設けられており、微動ステージ２は粗動ステージ３から不図示のバネ機構によって低剛性に支持されている。微動ステージ２と粗動ステージ３との間には、微動用リニアモータ５および電磁継手７が設けられている。微動用リニアモータ５により、微動ステージ２は粗動ステージ３に対して微小に移動することができる。微動用リニアモータ５は、従来例で挙げたような、コイルと磁石との間のローレンツ力により非接触で駆動するものであり、Ｘ方向、Ｙ（走査）方向、Ｚ（鉛直）方向の３軸方向に微小に駆動できるように配置されるか、さらにＸ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回り方向の３軸を加えた６軸方向に微小に駆動できるように配置される。これらの軸数および軸方向は要求される精度およびスペース等の設計事項により自由に変更されてもよい。また、微動ステージ２の３軸方向または６軸方向における位置はレーザ干渉計１１によって計測されている。

電磁継手７は、微動ステージ２に設けられた磁性体であるＩコア８ａ（磁性体板８）、粗動ステージ３に設けられた磁性体であるＥコア９ａおよびＥコア９ａに巻かれたコイル９ｂ（電磁石９）を有する。本実施例の特徴の１つとして、微動ステージ２のＹ軸方向前後に設けられた２つの磁性体板８に対して、電磁石９がそれぞれの磁性体板８をＹ軸方向両側から挟み込むように１対ずつ設けられている。

図２は、本実施例において電磁継手７が力を付与する方法を説明する図である。図２にでは−Ｙ方向に粗動ステージ３が加減速を伴う移動を行った際に、微動ステージ２に−Ｙ方向に力を付与する様子を示している。図において力を付与していない電磁石は省略している。微動ステージ２のＹ軸方向前後に設けられた板状の磁性体板８を挟み込むように電磁石９が設けられ、それぞれの磁性体板８で−Ｙ方向に吸引力を発生する電磁石を用いて力を付与している。このように微動ステージ２の前後に設けられた磁性体板８に対してそれぞれに力を付与することで、微動ステージ２の２つの側面から力を付与することができ、粗動ステージ３の加減速に伴う微動ステージ２の変形を低減している。

ここで、電磁継手７により付与される力は、ステージの質量や加速度に見合った慣性力を計算することによって求まるものである。

なお、電磁継手は微動ステージ側面（本実施例においてはＹ軸方向と垂直な面）から力を付与するように配置されることが望ましく、さらには微動ステージの重心位置の近傍に作用線があることがより望ましい。これは不要なモーメントや変形を抑えるためである。

図３に微動ステージ（天板）の変形解析結果を示す。本解析は微動ステージの形状を簡略化した天板で行ったものである。図３（ａ）は天板の片側の面のみに、天板が２Ｇ加速するのに相当する力を加えたときの天板の変形量を解析したものであり、同様に図３（ｂ）は天板の両側の面に、天板が２Ｇ加速するのに相当する力を加えたものである。図において、変形量を濃淡で表しているが、図３（ａ）に比較して、図３（ｂ）の最大変形量は１／４程度に低減されている。

なお、本実施例では、電磁石を微動ステージ前後に設けられた磁性体板それぞれに対向させて構成し、通電する電磁石コイルを選択しているが、それぞれのコイルに流す電流の分配を制御することによって、微動ステージの変形量を小さくするように調整することも可能である。このような調整は、微動ステージ上の他点を計測する変形量検出手段１２を用いることにより、リアルタイムに行うことができる。なお、変位量検出手段はレーザ干渉計であってもよく、微動ステージの変形量が計測できるものであればたとえば歪ゲージなどでもよい。また、微動ステージの変形量でなく、レチクルの微動ステージに対する変位量をリアルタイムに検出して、その変位量に基づいてリアルタイムに微動ステージに付与する力を調整してもよい。なお、微動ステージの変形量が予測できる場合には、予めデータとして所持しておき、そのデータに基づいて補正を行うことも可能である。

なお、上述のＥコアとＩコアを有する電磁継手以外にも以下のような変形例が考えうる。図５に電磁継手の変形例を示す。図５（ａ）は、粗動ステージ、微動ステージともにＥコアを設けた構成を示す図である。それぞれのＥコアに巻いたコイルに流す電流の向きによって，吸引力と反発力を選択的に発生可能となる。図５（ｂ）は、微動ステージに設けた永久磁石１４によって形成される磁界中に、粗動ステージに設けた空芯コイル１４を設けている。空芯コイル１４に流す電流の向きによって磁界によって受ける力の向きを２方向より選択することができる。ここで、永久磁石を微動ステージ側に設けたのは、コイル部を微動ステージ側に設けることは電力ケーブルの外乱やコイル熱の影響をできるだけ避けるためであり、ＥコアとＩコアを有する実施例の場合も同様である。

なお、本実施例では電磁アクチュエータ（電磁継手）により力を伝達したが、エアーアクチュエータや弾性部材により力を伝達する構造も可能である。この場合には、発熱量を抑えることができる。

（実施例２）
図４は実施例２に係るレチクルステージを示す図である。図１と同様の機能を有する構成要素に対しては同じ符号を付して詳細な説明は省略する。実施例２においては、走査方向と垂直な方向の両側面にも電磁継手１０を設けている。具体的には、微動ステージのＹ軸と垂直な２側面と、Ｘ軸と垂直な２側面に対してそれぞれ磁性体板８が設けられており、各磁性体板をＹ軸方向の両側から挟み込むように粗動ステージには電磁石９が設けられている。

このように、電磁継手を複数設けることにより、微動ステージ２に印加する力を分散化し，変形を低減させることができる。電磁継手を設ける位置としては、走査方向の前後側面に２つずつ設ける構成でもよいが、微動ステージの四方側面に設けることでより力が均一化できる。さらに、各電磁継手が付与する力を制御することによって、微動ステージの変形が小さくなるように調整することができる。調整の方法については実施例１と同様であるが、本実施例においては電磁継手を複数設けているため、より精度よく調整することができる。

（実施例３）
実施例１および実施例２に記載の位置決め装置は、レチクルステージにかぎらず高精度が要求される位置決め装置で適用可能である。したがって、上述の例では走査方向に一軸方向で粗動する構成を述べたが、二軸方向で粗動する構成であってもよい。図６は、上述の位置決め装置をレチクルステージまたはウェハステージおよびその両方として搭載した半導体デバイス製造用の露光装置を示す図である。

この露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用され、原版であるレチクルを介して基板としての半導体ウエハＷ上に照明系ユニット１０１からの露光エネルギーとしての露光光（この用語は、可視光、紫外光、ＥＵＶ光、Ｘ線、電子線、荷電粒子線等の総称である）を投影系としての投影系ユニット１０３（この用語は、屈折レンズ、反射レンズ、反射屈折レンズシステム、荷電粒子レンズ等の総称である）を介して照射することによって、ウェハステージ１０４に搭載された基板上に所望のパターンを形成している。

ウェハステージ１０４に搭載したチャック上に基板であるウェハ（対象物）を保持し、照明系ユニット１０１によって、レチクルステージ１０２に搭載された原版であるレチクルのパターンをウエハ上の各領域にステップアンドリピートもしくはステップアンドスキャンで転写する。

実施例１または実施例２に記載の位置決め装置をこのような露光装置に適用することによって、微動ステージ（天板）の変形の影響による精度劣化を抑え、結果として高精度および／または高スループットな露光装置を提供することができる。

また、さらに実施例１および実施例２で検出した微動ステージの変形量または基板の微動ステージに対する変位量が所定の値を超えた場合に、一旦露光作業を中断して、再度微動ステージの変形量または微動ステ−ジに対する基板の位置関係をステージを停止させた状態で精密に測定して、その測定値をオフセット値として制御系内のメモリに格納、制御に反映させることができる。

（実施例４）
次に、この露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図７は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。

一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウェハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ５によって作製されたウェ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）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。

上記ステップ４のウェハプロセスは以下のステップを有する。ウェハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウェハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウェハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウェハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウェハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウェハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウェハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パターンを形成する。

このようなデバイス製造プロセスにおいて、実施例３に記載の露光装置を用いて露光することにより、高精度または高スループットでデバイスを生産でき、結果として、微細なデバイスおよび／または安価なデバイスを製造することができる。

実施例１に係るレチクルステージ図 電磁継手の力伝達を示す図 天板変形の解析結果を示す図 実施例２に係るレチクルステージを示す図 電磁継手の変形例を示す図 露光装置を示す図 デバイス製造プロセスを示す図 従来例に示す図

符号の説明

１ レチクル
２ 微動ステージ
３ 粗動ステージ
４ 定盤
５ 微動用リニアモータ
６ 粗動用リニアモータ
７ 電磁継手
８ Ｉコア
９ Ｅコア
１０ 開口部
１１ レーザ干渉計
１２ 変形量検出手段
１３ 永久磁石
１４ 空芯コイル
１５ ヨーク
１６ コイル支持部
１０１ 照明系ユニット
１０２ レチクルステージ
１０３ 投影系ユニット
１０４ ウェハステージ
１０５ 露光装置本体

Claims (7)

1. 第１方向に平行な順方向および逆方向に移動可能な第１ステージと、該第１ステージの移動ストロークよりも小さな移動ストロークで前記第１ステージに対して移動可能な第２ステージを有する位置決め装置であって、
   前記第２ステージに取り付けられ、前記第１方向に関して前記第２ステージの前後に設けられた磁性体板と、
   前記第１ステージに取り付けられ、前記第１方向に関して各磁性体板の前後に設けられ各磁性体板を非接触で挟み込む少なくとも二対の電磁石と、
   前記電磁石に流す電流を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする位置決め装置。
2. 前記制御手段は、前記第１ステージが前記順方向に加速をともない移動する場合に、前記第１ステージの前方側に設けられた磁性体板に対して前方側に設けられた電磁石と、前記第１ステージの後方側に設けられた磁性体板に対して前方側に設けられた電磁石との両方に通電することを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
3. 前記磁性体板は、前記第２ステージの前後に２つずつ設けられ、
   前記電磁石は、各々の磁性体板を非接触で挟み込むように設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の位置決め装置。
4. 前記制御手段は、予め求めた、前記第１ステージの加減速時における前記第２ステージの変形量情報に基づいて、該変形を補正するように、前記複数の電磁石に流す電流を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の位置決め装置。
5. 前記第２ステージに搭載された基板の前記第２ステージに対する変位量、または前記第２ステージの変形量を検出する検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記検出手段からの出力に基づいてリアルタイムに前記複数の電磁石に流す電流を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の位置決め装置。
6. 原版のパターンを基板に露光する露光装置であって、前記原版および／または基板を請求項１〜５のいずれかに記載の位置決め装置を用いて位置決めすることを特徴とする露光装置。
7. デバイス製造方法であって、請求項６に記載の露光装置を用いて基板にパターンを露光する工程と、前記基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。

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