JP4376662B2 - ステージ装置および露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、可動台をリニアモータで駆動して任意に位置決めするステージ装置に関するものである。また、前記ステージ装置を備えた露光装置に関するものである。

半導体集積回路や液晶基板の回路基板を感光基板に転写するために、投影露光装置が使用されている。投影露光装置では回路パターンを描いたマスクを任意に位置決めするステージ装置に載置して、Ｘ軸およびＹ軸方向に移動させ、感光基板に対して正確に位置決めしている（例えば、特許文献１）
ステージ装置は、走行軸方向に正確に位置決めされるとともに、その姿勢も正規の姿勢に保つ必要がある。特にヨー角（マスクの面に垂直な軸回りの回転変位）を生じないようにする必要がある。そこで、特許文献２あるいは特許文献３に開示されているように、走行方向に平行に配置された２本のリニアスケールを備え、前記リニアスケールの示度の差からヨー角を求める装置が提案されている。
特開２００２−２６１０００号公報 特開２０００−７５９３３号公報 特開２００１−２２４４８号公報

しかしながら、特許文献２等に開示された従来のステージ装置は２本のリニアスケールを可動台の両側に配置するので、ステージ装置の幅が大きくなるという問題があった。特に投影露光装置のような半導体製造装置においては、フットプリント（設置面積）の最小化が強く求められるので大きな問題となっていた。
そこで、本発明は、可動台のヨー角を制御して可動台の姿勢を正規の姿勢に保つとともに、フットプリントを小さくできるステージ装置および露光装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載のステージ装置の発明は、可動
台を非接触軸受又は流体軸受で支持して固定部に対して直交するＸ軸とＹ軸の２
軸方向に移動可能にするとともに、Ｙ軸方向に互いに平行に延びる２本のＹ軸リ
ニアモータと前記Ｙ軸リニアモータの走行方向に直交する方向に駆動するＸ軸リ
ニアモータとで前記可動台をＸ軸とＹ軸方向に駆動して任意の位置に位置決めす
るステージ装置において、
前記可動台のＹ軸の一端からＹ軸の対向他端方向に延びる１本の２次元リニア
スケールを前記可動台の中央に備え、前記２次元リニアスケールを読み取る２次
元リニアセンサを２個、前記Ｙ軸リニアモータの走行方向に所定間隔をあけて前
記固定部に取り付け、
前記２個の２次元リニアセンサは前記Ｙ軸リニアモータの走行方向に直交する
方向の前記可動台の変位を検出し、
検出した前記変位差を前記所定間隔で割ることにより前記可動台のヨー角の正
接を出し、
前記ヨー角に基づいて前記２本のＹ軸リニアモータの推力を調整し、前記可動
台の走行方向の姿勢を修正することを特徴としている。
請求項２に記載の露光装置の発明は、真空チャンバーと、前記真空チャンバー
内にある光源と、前記真空チャンバー内にあってマスクを取り付けるためのステ
ージ装置と、前記真空チャンバー内にあるウェハ載置用ウェハステージと、前記
真空チャンバー内にあって前記光源からの光をマスクの上に集光する集光ミラー
と、前記真空チャンバー内にあって前記マスクで反射された光を反射させて最終
的にウェハに達せしめる光学系ミラーと、から成る露光装置において、前記ステ
ージ装置として請求項１に記載のステージ装置を備え、前記ステージ装置によっ
て位置決めを行なうことを特徴としている。

本発明によれば、１本の２次元リニアスケールと可動台の走行方向に配置した２個の２次元リニアスケールで、可動台のヨー角を検出するので、ステージ装置の幅を最小にとどめ、フットプリントを小さく保つ効果がある。また、リニアスケールが１本になるので、安価なステージ装置あるいは露光装置を提供できる効果がある。

以下、本発明の具体的実施態様について、図に基づいて説明する。

図１および図２は、本発明の第１実施例を示すステージ装置の斜視図であり、図１は固定部の全体外形図であり、図２は固定部に可動部を組み付けた状態を示す図である。いずれも、内部構造を示すために固定部の天板の一部を切除している。また、説明の都合のために、直交座標系ＸＹＺを図中矢印で示す方向のように定義している。
図３は、前記ステージ装置をＹ軸方向（図２の右側）から見た側面図である。
まず、本発明に係るステージ装置の構成について説明する。
図１〜図３において、１は本発明に係るステージ装置であり、図示しないマスクをＸ軸およびＹ軸方向に移動させて正確に位置決めする装置である。２はステージ装置１の固定部であり、Ｙ軸方向の両端が開口するとともに、下面にＹ軸方向に伸びる溝状の開口を備えた略矩形のフレームである。３（図２，図３）は可動台である。可動台３は固定部２に取り付けられた空気浮上軸受４で支持され、Ｘ軸およびＹ軸方向に自在に移動できる。また、可動部３は互いに平行に配置された２組のＹ軸リニアモータ５と１組のＸ軸リニアモータ６を備えている。なお、空気浮上軸受４、Ｙ軸リニアモータ５およびＸ軸リニアモータ６は、図３に示すように、固定部２の天板と底板に上下対称に配置されている。
また、図示は省略したが、可動台３の上面および下面に、Ｙ軸リニアモータ５およびＸ軸リニアモータ６の可動子が配置されていることは言うまでもない。
可動台３はＸ軸リニアモータ６とＹ軸リニアモータ５によって駆動されて、Ｘ軸およびＹ軸方向に自在に移動する。ただしＸ軸方向のストロークはＹ軸方向に比べて小さい。

７は２次元リニアスケールであり、可動台３の中央、すなわち、２組のＹ軸リニアモータ５の中間にＹ軸リニアモータ５と平行に固定されている。２次元リニアスケール７はＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を検出する目盛を刻んだリニアスケールであり、例えば独ハイデンハイン社の２軸座標測長システム（ＰＰ２７１Ｒ、ＰＰ２８１Ｒ）などが選択できる。８は２次元リニアセンサであり、固定部２に、Ｙ軸方向に間隔を開けて２台取り付けられている。２次元リニアセンサ８は２次元リニアスケール７の目盛を読んで、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の位置を求めるセンサであり、例えば、前述の独ハイデンハイン社のＰＰ２７１Ｒ、ＰＰ２８１Ｒの２次元リニアエンコーダセンサなどが選択できる。

次ぎに、このステージ装置１の動作について説明する。
可動台３（図３）がＹ軸（図で左右方向）に対して正規の姿勢を保っている場合、すなわちＺ軸（図で上下方向）回りの回転角（ヨー角）が０の状態においては、２台の２次元リニアセンサ８が読み出したＸ軸方向（図で紙面に垂直方向）の位置は等しくなる。
しかし、例えば何らかの理由で２台のＹ軸リニアモータ５、５の推力に差が生じると、可動台３にＺ軸回りの偶力が生じるからヨー角が変位する。ヨー角が変位すると、２台の２次元リニアセンサ８が読み出したＸ軸方向の位置に差が生じる。ところが、２台の２次元リニアセンサ８、８の間隔は予め解っているから、前記Ｘ軸方向の位置の差をこの間隔で割れば、ヨー角の正接（Tangent）が得られるので、ヨー角はこれから求めることができる。
そこで、このようにして求めたヨー角に基づいて２台のＹ軸リニアモータ５、５の一方（又は、両方）の推力を調整すれば可動台３の姿勢を正規の位置に戻す事ができる。

以上のように、本発明に係るステージ装置によれば、１本の２次元リニアスケールと可動台の走行方向に配置した２個の２次元リニアスケールで、可動台のヨー角を検出するので、フットプリントを小さく保つことができる安価なステージ装置が得られる。

なお、本実施例は可動台３を空気浮上軸受４で支持したが、磁気浮上軸受あるいは流体軸受など可動台３の直交２軸方向への移動を許す他の手段によって支持してもよい。

図４は、本発明の第２の実施例で、第１の実施例に係るステージ装置を備えた露光装置の正面概略図である。
まず、本発明の第２の実施例に係る露光装置の構成について説明する。
図において、１０は露光装置であり、１１は露光装置１０を収納する真空チャンバーである。１２は光源であり、波長０．１ｎｍ〜４００ｎｍのＥＵＶ光（極端紫外光:Extreme Ultra-Violet）を発する。１３はステージ装置であり、前記第１実施例で説明した２軸位置決め装置である。ステージ装置１３の下面にはマスク１４が取り付けられている。マスク１４にはウェハ１５に形成される回路のパターンが描かれている。ウェハ１５はウェハステージ１６に載置されている。

次ぎに、この露光装置１０の動作について説明する。
光源１２を発したＥＵＶ光は、まず、集光ミラー１７でマスク１４の上に集光され、集光されたＥＵＶ光はマスク１４で反射されて凹面ミラー１８に達し、そこから反射されて凸面ミラー１９に達し、さらにそこから反射されて凸面ミラー２０に達し、さらにそこから反射されて凹面ミラー２１に達するといった順に反射を繰り返して、最終的にウェハ１５に達する。このとき、ステージ装置１３およびウェハステージ１６は、ウェハ１５の表面にマスク１４上に描かれた回路パターンの縮小像をウェハ１５上に形成するように、相対的に位相を合せて移動する。

以上のように、本発明に係る露光装置によれば、実施例１に係るステージ装置にマスクを取り付けているので、マスクに生じるわずかのヨー角をもステージ装置が正確に検出し自ら位置制御するため、常に正確な露光ができると共に、フットプリントを小さく保つことができる安価な露光装置が得られる。

なお、本実施例はＥＵＶ光を用いた露光装置に第１実施例で説明した位置決め装置を使用した実施例であるが、電子線等を含む、荷電粒子線を用いた露光装置にも同様に使用することができる。
また、本実施例は反射鏡を用いた露光装置に第１実施例で説明した位置決め装置を使用した実施例であるが、レンズを用いた露光装置にも同様に適用可能である。
さらにまた、本実施例ではレクチル（回路原版）の位置決めをするのに、第１実施例で説明した位置決め装置を使用しているが、ウェハを位置決めするのにも第１実施例で説明した位置決め装置を使用することができる。

本発明は、半導体製造等の分野で、対象物を平面内で自在に位置決めするステージ装置として有用である。

本発明の第１の実施例を示すステージ装置の固定部の斜視図である。 本発明の第１の実施例を示すステージ装置の斜視図である。 本発明の第１の実施例を示すステージ装置の側面図である。 本発明の第２の実施例を示す露光装置の正面概略図である。

符号の説明

１ ステージ装置
２ 固定部
３ 可動台
４ 空気浮上軸受
５ Ｙ軸リニアモータ
６ Ｘ軸リニアモータ
７ ２次元リニアスケール
８ ２次元リニアセンサ
１０ 露光装置
１１ 真空チャンバー
１２ 光源
１３ ステージ装置
１４ マスク
１５ ウェハ
１６ ウェハステージ
１７ 集光ミラー
１８ 凹面ミラー
１９ 凸面ミラー
２０ 凸面ミラー
２１ 凹面ミラー

Claims (2)

1. 可動台を非接触軸受又は流体軸受で支持して固定部に対して直交するＸ軸とＹ
   軸の２軸方向に移動可能にするとともに、Ｙ軸方向に互いに平行に延びる２本の
   Ｙ軸リニアモータと前記Ｙ軸リニアモータの走行方向に直交する方向に駆動する
   Ｘ軸リニアモータとで前記可動台をＸ軸とＹ軸方向に駆動して任意の位置に位置
   決めするステージ装置において、
   前記可動台のＹ軸の一端からＹ軸の対向他端方向に延びる１本の２次元リニア
   スケールを前記可動台の中央に備え、前記２次元リニアスケールを読み取る２次
   元リニアセンサを２個、前記Ｙ軸リニアモータの走行方向に所定間隔をあけて前
   記固定部に取り付け、
   前記２個の２次元リニアセンサは前記Ｙ軸リニアモータの走行方向に直交する
   方向の前記可動台の変位を検出し、
   検出した前記変位差を前記所定間隔で割ることにより前記可動台のヨー角の正
   接を出し、
   前記ヨー角に基づいて前記２本のＹ軸リニアモータの推力を調整し、前記可動
   台の走行方向の姿勢を修正することを特徴とするステージ装置。
2. 真空チャンバーと、
   前記真空チャンバー内にある光源と、
   前記真空チャンバー内にあってマスクを取り付けるためのステージ装置と、
   前記真空チャンバー内にあるウェハ載置用ウェハステージと、
   前記真空チャンバー内にあって前記光源からの光をマスクの上に集光する集光
   ミラーと、
   前記真空チャンバー内にあって前記マスクで反射された光を反射させて最終的
   にウェハに達せしめる光学系ミラーと、から成る露光装置において、
   前記ステージ装置として請求項１に記載のステージ装置を備え、前記ステージ
   装置によって位置決めを行なうことを特徴とする露光装置。

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