JP4500507B2

JP4500507B2 - 移動案内装置及びそれを用いた露光装置

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Publication number: JP4500507B2
Application number: JP2003141401A
Authority: JP
Inventors: 茂夫崎野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2023-05-20
Also published as: JP2004349289A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線描画装置、精密計測器等非大気雰囲気中で高速移動，精密位置決めを繰り返すあるいは高精度にスキャン移動する移動案内装置及び該装置を用いた露光装置等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の構成ステージは昭５７−４１８１４、昭５７−６１４３６等に示すようにＸ，Ｙ平面内を移動するために、１軸はモータ（＋ネジ等の伝達機構）を直結し、もう１軸はモータを固定し、カップリングを介して力を伝達している。本方法では、２軸とも駆動伝達軸（ネジ等）及びモータが固定されており（移動しない）真空容器の外から力を伝達するには適している。しかしながら本構成では、▲１▼カップリングの剛性が駆動系に直列に加わっており、剛性の劣化を招く。
▲２▼また、ステージの位置によりカップリング剛性が変化するため制御特性が変化し、十分な精度、移動速度が得られない。
▲３▼ステージが移動すると、Ｙステージに偏荷重が発生しＹステージが変形する。従って、Ｘステージの静的な姿勢精度（ピッチング）が劣化する。
▲４▼ステージが移動することにより系の平面内の重心位置が変化するため、ステージ駆動することにより、ピッチング，ヨーイング等の振動を励起し、動的な姿勢精度も劣化する。
等の欠点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
また、上記従来例の欠点をカバーするため昭６０−２３９４１等のステージ構成が提案されている。しかし、本発明におけるステージ構成でも上記の（３）、（４）の項目の改善にはなっていない。
【０００４】
また、駆動用リニアモータの効率が悪く（コイルの推力に寄与する部分が少ないので）、発熱等の影響が大きい。
【０００５】
また真空容器を小型化する目的で特開２００２−１０７４７９号公報が提案されているが、真空容器の構造が複雑化する、等の欠点がある。
【０００６】
さらに、真空容器の小型化、ガス汚染防止のため特開２０００−３３１９３１号公報，特開２００１−０５２９８８号公報が提案されているが、本構成では真空容器の外面を静圧空気軸受の案内面としているため真空引きすることにより容器が変形し、ステージが移動することにより軸受の隙間を一定（５〜１０μｍ程度）に保つことは非常に困難であり、真空度の劣化，移動精度の劣化を生じる等の欠点がある。
【０００７】
本発明は上記欠点をカバーするため及び、真空中での気体供給及び排気用の配管を極力少なくするよう考案されたものであり、本出願に係わる第１の発明の目的は、ＸＹ平面内を移動する高精度な移動体の案内及び駆動装置。
【０００８】
本出願に係わる第２の発明の目的は、第１の発明の移動体の案内方法。
【０００９】
本出願に係わる第３の発明の目的は、第１の発明の真空度を維持するための案内方法。
【００１０】
本出願に係わる第４の発明の目的は、第１の発明の駆動装置の真空シール、排気装置及び方法。
【００１１】
本出願に係わる第５の発明の目的は、第１の発明の高精度な真空シール装置及び方法。
【００１２】
本出願に係わる第６の発明の目的は、第１の発明の移動体の駆動方法。
【００１３】
本出願に係わる第７の発明の目的は、第１の発明の移動体の他の駆動方法。
【００１４】
本出願に関わる第８の発明の目的は、ＸＹ平面内を移動する高精度な移動装置の第２の実施例。
【００１５】
本出願に係わる第９の発明の目的は、第２の発明の移動体の案内及び排気方法。
【００１６】
本出願に係わる第１０の発明の目的は、第２の発明の駆動方法。
【００１７】
本出願に係わる第１１の発明の目的は、第２の発明の駆動装置。
【００１８】
本出願に関わる第１２の発明の目的は、ＸＹ平面内を移動する高精度な移動装置の第３の実施例。
【００１９】
本出願に係わる第１３の発明の目的は、第２及び第３の発明の真空シール方法及び装置。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本出願に係わる第１の発明は、移動案内装置であって、ベースと、前記ベース上を第１方向に移動する第１移動体と、前記第１移動体を前記第１方向に移動させる第１駆動源と、前記第１移動体の移動を案内する第１案内と、前記第１移動体が開口を通して貫通して設置される真空容器と、前記真空容器外で前記真空容器の開口に対向して非接触に配置され、前記第１移動体とともに移動する第１板と、を備え、前記第１駆動源と前記第１案内とは、前記真空容器外に配置され、前記第１板と前記真空容器との間には、静圧気体軸受が設けられていないことを特徴とする。
【００３３】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１〜図５は本発明の第１の実施例の概略図である。図１はステージの斜視図、図２はステージ及び真空容器の裏面図、図３は真空シール部の概略図、図４は気体回収板、真空容器の概略図であり、図４は気体回収板に真空ポンプを設置した例であり、図５は真空容器から気体を回収する例である。
【００３４】
図１〜図４において、１は基準面を有する定盤であり、２は案内であり、２１１、２１２はＸ方向、２２１，２２２Ｙ方向は、３はＸＹ方向移動体、４１はＸ方向移動体、４２はＹ方向移動体、５はアクチュエータであり、５１１，５１２はＸ方向駆動用、５２１，５２２はＹ方向駆動用アクチュエータである。６は静圧空気軸受け（不図示）、７は気体回収板であり７１はＸ方向、７２はＹ方向の気体回収板、８は真空容器である。
【００３５】
上記構成において、静圧軸受け６（不図示）に給気することによりＸ移動体４１は固定ガイド２１１，２１２，定盤１から浮上し、Ｙ移動体４２は固定ガイド２２１，２２２、定盤１から浮上する。また、ＸＹ移動体３はＸ移動体４１、Ｙ移動体４２、定盤１より浮上する。本構成において、ＸＹ移動体３は真空容器８内に収納され、Ｘ移動体４１，Ｙ移動体４２，Ｘ案内２１１，２１２、Ｙ案内２２１，２２２は真空容器８外に設置される。
【００３６】
また、定盤１（別定盤でもかまわない）上に固定されたアクチュエータ５１１，５１２を駆動することによりＸ駆動体４１及び気体回収板７１がＸ方向に移動し、静圧軸受を介してＸＹ移動体３をＸ方向に移動させる。また、アクチュエータ５２１，５２２を駆動することによりＹ駆動体４２及び気体回収板７２がＹ方向に移動し、静圧軸受を介してＸＹ移動体３をＹ方向に移動させる。気体回収板７１，７２と真空容器８の間は微小な隙間を保って非接触に保たれており、気体回収板７１，７２あるいは真空容器のどちらかに少なくとも１つのラビリンス溝が加工されており、ラビリンスと対向する孔より真空ポンプにより気体が回収される。また、ＸＹ移動体３に用いられる静圧軸受け６（不図示）は特開昭６３−１９２８６４号公報（特登録２５８７２２７）等に用いられている気体噴出口及びその気体を排気するための排気溝を備えており、真空容器外に排気される。
【００３７】
本構成の特徴として、
▲１▼ＸＹ移動体の位置が変化しても定盤には偏荷重が発生しないので、静的な姿勢精度を高精度に保つことができる。
▲２▼Ｘ駆動体、Ｙ駆動体とも定盤面上の２本のリニアモータで駆動しているのでＸＹ移動体の位置により適当に駆動力を調整することによりＸＹ移動体のヨーイング振動の発生を抑制することができる。
▲３▼すべて非接触のためゴミ、熱の発生がなく高精度、かつメンテナンスが容易で得ある。
▲４▼振動の伝達について、静圧空気軸受けの隙間を介しての微小量のみしか伝わらないので動的な姿勢精度を良好に保つことができる。
▲５▼リニアモータは真空容器の外から駆動するので真空容器を小型化することが可能。
▲６▼真空容器外のリニアモータが移動しても気体回収板により空気を排気しているので、真空容器内の真空度には影響しない。
【００３８】
（実施例２）
図６〜図７に本発明の第２の実施例を示す。図６は上面図、図７はＡ−Ａ断面図を示す。第１の発明と同部品には同番号を付している。
【００３９】
同構成において、静圧軸受け６（不図示）に給気することによりＸ案内２１１、２１２は定盤１から浮上し、ＸＹ移動体３は案内２２１，２２２から浮上する。本構成において、ＸＹ移動体３移動は真空容器８内に収納され、Ｘ案内２１１，２１２、Ｙ案内２２１，２２２は真空容器８外に設置される。
【００４０】
また、定盤１（別定盤でもかまわない）上に固定されたアクチュエータ５１１，５１２を駆動することによりＸ案内２１１，２１２及び気体回収板７１がＸ方向に移動し、静圧軸受を介してＸＹ移動体３をＸ方向に移動させる。また、Ｙ案内上のアクチュエータ５２１，５２２を駆動することによりＸＹ駆動体３がＹ方向に移動する。気体回収板７１については第１の発明と同様の構成となっている。また、Ｙ案内２２１，２２２に用いられる静圧軸受けは図７に示すように真空容器８の側には排気用の溝を設けており、真空室８の真空度劣化を防いでいる。本構成により第１の発明の効果に加え、
▲１▼真空容器内から静圧軸受けを排除しているのでより高精度が期待できる。
▲２▼移動案内と真空室の排気機構を分離しているので真空引きにより真空室が変形しても移動精度が変化することはなく、高精度な移動が可能。
▲３▼真空室が変形しても、排気用ラビリンス（溝）数、排気孔径、真空ポンプ能力等を適切に選択することにより真空度を劣化させることはない。
【００４１】
（実施例３）
図８に本発明の第３の実施例の上面図を示す。第１、第２の発明と同部品には同番号を付している。本発明は、第２の発明の案内構成に加え、移動体３の駆動を定盤１上に固定された平面アクチュエータ１０で行っている。本構成により、第１，第２の発明の効果に加え、
▲１▼ＸＹ移動体をダイレクトライブしているので軸受け特性が介在せず、制御特性の向上が見込まれる。
▲２▼アクチュエータ構成を簡略化することができる。
【００４２】
＜露光装置の実施形態＞
図９は、上記の実施形態のステージ装置を用いた電子ビーム露光装置の概略図を示している。
【００４３】
同図において、ウエハを搭載して位置決めを行うため、上記の実施形態のステージ装置が設けられている。定盤１は、ダンパ１０９３により、床から除振されている。ダンパ１０９３は、受動的でも能動的でもよい。ダンパ１０９３は、例えば、エアばね等を有し、能動的なダンパの場合は、さらにアクチュエータを有する。ＸＹ移動体３は、レーザ干渉計１０９４により位置計測され、この位置計測結果に基づいて所定の位置に位置決めされる。
【００４４】
１０９５は、電子ビーム露光装置の電子光学系である。電子光学系１０９５は、電子ビーム照射装置と、電子レンズとを有する。電子光学系１０９５は、鏡筒定盤１０９６に支持されている。鏡筒定盤１０９６は、ダンパ１０９３に支持され、床から除振されている。鏡筒定盤を支持するダンパも、上述のダンパと同様、受動的でも能動的でもよい。ＸＹ移動体３の位置を計測する上記のレーザ干渉計１０９４は、鏡筒定盤１０９６に設けられている。これにより、ＸＹ移動体３は、鏡筒定盤を基準として、すなわち、電子光学系１０９５を基準として、位置決めされる。
【００４５】
１０９７は、所定の領域を密閉するチャンバーである。ここで、所定の領域については、後述の説明から明らかになる。１０９８は、密閉性を保持し、物体間の相対変位を許容するベローズである。ベローズ１０９８は、チャンバー１０９７と電子光学系１０９５との間、チャンバー１０９７と鏡筒定盤１０９６との間、およびチャンバー１０９７と定盤１との間に設けられている。これにより、チャンバー内の雰囲気Ａは、密閉されている。１０９９は、真空ポンプである。真空ポンプ１０９９が作動し、チャンバー内の雰囲気Ａにある気体が排出され、真空雰囲気となる。ここで、真空雰囲気とは、厳密な真空までをも要求するものではなく、高い減圧雰囲気であれば良いことは、上述したとおりである。
【００４６】
真空ポンプによってチャンバー１０９７内の雰囲気Ａが真空雰囲気となると、チャンバーの内外で圧力差が生じるため、チャンバー１０９７が変形する。一方、チャンバー１０９７と電子光学系１０９５との間にはベローズ１０９８が設けられており、ベローズ１０９８は、密閉を保持しつつ両者の相対変位を許容している。これにより、チャンバーの変形の影響が電子光学系１０９５に伝わるのを軽減している。同様に、チャンバー１０９７と鏡筒定盤１０９６との間もベローズ１０９８が設けられており、チャンバーの変形の影響が鏡筒定盤１０９６に伝わるのを軽減し、電子光学系にチャンバーの変形の影響を与えないようにしている。
【００４７】
上記の構成の露光装置により、ステージ装置周辺の雰囲気は、真空雰囲気となる。そして、ステージ装置に用いられている静圧軸受付近の周りも真空雰囲気となる。静圧軸受の周囲が真空雰囲気の場合、静圧軸受に用いる流体を雰囲気中に漏洩するのを防ぐ必要がある。本実施形態の電子ビーム露光装置は、ステージ装置として上記の実施形態で説明したステージ装置を用いているので、静圧軸受からの気体が真空雰囲気中に漏れ出るのを軽減することができる。
【００４８】
＜デバイス生産方法の実施形態＞
次に上記で説明した電子ビーム露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
【００４９】
図１０は、微小デバイス（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１（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２（露光制御データ作成）では設計した回路パターンに基づいて露光装置の露光制御データを作成する。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エハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意した露光制御データが入力された露光装置とウエハを用いて、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５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４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７）される。
【００５０】
図１１は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（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１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（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１９（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。
【００５１】
本実施形態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低コストに製造することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、垂直方向の基準を有する定盤上を第１の方向に移動する移動体、第２の方向に移動する第２の移動体、第１及び第２の移動体により駆動され第１及び第２の方向に移動する第３の移動体からなり、第１，２の移動体のうち第１の移動体に駆動力を付加する部分及び３の移動体を真空容器内に設置し、第１及び第２の移動体の案内及び駆動部を真空容器外に設置し、駆動を真空容器外のリニアモータあるいは超音波モータ等により駆動する。
また、第１，２，３の移動体の案内全て静圧軸受を用い、第３の移動体の案内には例えば特開昭６３−１９２８６４号公報（特等録２５８７２２７）等に記されている排気構造付の静圧軸受けを用いる。
【００５３】
さらに、真空容器外に設置された駆動源、及び第１或いは第２の移動体の案内部と真空容器の間に少なくとも１つの空気回収用ラビリンスを有する気体回収板を設け（ラビリンス、空気回収孔は回収板、真空容器のどちらにあっても可）駆動源により移動体とともに駆動される。大気側から真空容器内に流入する気体はラビリンスあるいはラビリンスと対向する部分に設けられた回収孔より真空ポンプに接続して回収する。本構成により、
（１）Ｘステージ、Ｙステージを積み重ねていないので高さを低くすることができる。
（２）カップリング等の機構を使用していないので、第３の移動体の位置が変化しても動的な特性は変化せず、高い制御性を有する。
（３）第３の移動体が移動しても偏荷重が発生せず静的な姿勢精度を高精度に保つことができる。
（４）振動については、静圧軸受けの隙間を介してのみしか伝わらないので、伝わる量は微小であり動的にも姿勢精度を高精度に保つことができる。
（５）第１及び第２の移動体は定盤上の２本のリニアモータで駆動しているのでヨーイング振動を制振でき、動的な姿勢精度も高精度に保つことができる。
（６）摩擦が存在しないのでヒス等がなく高精度な位置決めが可能。
（７）接触部からの発熱がないので熱変形等が発生せず、この面からも高精度な位置決めが可能。
（８）また、発塵もなくゴミ回収等の機構が不要で構成が容易、かつコストダウンになる。
（９）グリスアップ等のメンテナンスが不要。
【００５４】
第１，第２の移動体の案内は真空容器外にあり、真空容器内に設置されているのは第３の移動体の案内用静圧軸受けのみであるので、
（１０）真空度の劣化を極力抑制することが可能。
（１１）真空容器外で駆動，案内を行うので、真空容器の小型化が可能。
（１２）真空容器内の配線、配管（給気、排気）を最小限にすることが可能でありコストダウンが可能。
（１３）また、アクチュエータの冷却構成も容易。
（１４）真空シール部も非接触であり、この面からも高精度な位置決めが可能。
等の特徴がある。
【００５５】
さらに、第１及び第２の方向に移動する移動体，ベースに固定され、移動体の第１の方向の移動の案内を行う２本の案内，第１の案内上に設けられ、移動体の第２の方向の移動を行う２本の案内から構成され、第１，第２の案内を真空容器外に設け、移動体が真空容器を貫通して設置され、駆動を真空容器外のベース上のアクチュエータで第１の方向、第１の案内上のアクチュエータで第２の方向を行うことにより、
（１５）真空容器内から静圧軸受けを排除しているのでより高精度が期待できる。
（１６）移動案内と真空室の排気機構を分離しているので真空引きにより真空室が変形しても移動精度が変化することはなく、高精度な移動が可能。
（１７）真空室が変形しても、排気用ラビリンス（溝）数、排気孔径、真空ポンプ能力等を適切に選択することにより真空度を劣化させることはない。
さらに駆動を真空容器外の平面移動アクチュエータにより行うことにより、
（１８）ＸＹ移動体をダイレクトライブしているので軸受け特性が介在せず、制御特性の向上が見込まれる。
（１９）アクチュエータ構成を簡略化することができる。
等の特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例の斜視図。
【図２】第１の実施例の上面図。
【図３】第１の実施例の裏面図。
【図４】第１の実施例の気体回収部構成２。
【図５】第１の実施例の他の気体回収方法。
【図６】第２の実施例の上面図。
【図７】第２の実施例のＡ−Ａ断面図。
【図８】第３の実施例の上面図。
【図９】電子ビーム露光装置の概略図。
【図１０】デバイスの生産方法の実施例。
【図１１】ウエハープロセスのフロー。
【符号の説明】
１定盤
２固定ガイド
３ＸＹ移動体
５アクチュエータ
６静圧空気軸受け
７気体回収板
８真空容器
９排気溝構成
１０平面移動アクチュエータ
４１Ｘ方向移動体
４２Ｙ方向移動体
７１Ｘ方向
７２Ｙ方向
２１１，２１２Ｘ方向
２２１，２２２Ｙ方向
５１１，５１２Ｘ方向駆動用
５２１，５２２Ｙ方向駆動用

Claims

ベースと、
前記ベース上を第１方向に移動する第１移動体と、
前記第１移動体を前記第１方向に移動させる第１駆動源と、
前記第１移動体の移動を案内する第１案内と、
前記第１移動体が開口を通して貫通して設置される真空容器と、
前記真空容器外で前記真空容器の開口に対向して非接触に配置され、前記第１移動体とともに移動する第１板と、を備え、
前記第１駆動源と前記第１案内とは、前記真空容器外に配置され、
前記第１板と前記真空容器との間には、静圧気体軸受が設けられていないことを特徴とする移動案内装置。
前記第１案内は、静圧気体軸受を含むことを特徴とする請求項１に記載の移動案内装置。
前記ベース上を第２方向に移動する第２移動体と、
前記第２移動体に固定された第２板と、
前記第２移動体を前記第２方向に移動させる第２駆動源と、
前記第２移動体の移動を案内する第２案内と、を備え、
前記第２駆動源と前記第２案内とは、前記真空容器外に配置され、
前記第２板と前記真空容器との間には、静圧気体軸受が設けられていないことを特徴とする請求項１または２に記載の移動案内装置。
前記第２案内は、静圧気体軸受を含むことを特徴とする請求項３に記載の移動案内装置。
前記第１および第２の移動体により駆動力を得て前記第１および第２方向に移動する第３移動体を備えることを特徴とする請求項３または４に記載の移動案内装置。
少なくとも前記板または前記真空容器に気体回収用溝を設け、
前記気体回収溝と対向する部分、または前記気体回収溝に孔を設け、
前記孔に接続された真空ポンプにより気体を回収することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の移動案内装置。