JP4962779B2 - ステージ装置およびその浮上制御方法と、ステージ装置を用いた露光装置 - Google Patents
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Description
第1の投影露光装置のステージはサポートプラットフォームを備えたものである(例えば、特許文献1)。
ステージ装置100は、図4に示すように、固定フレーム101と、固定フレーム101に対してX方向に可動なスライダ102と、半導体ウェハWを保持するサポートプラットフォーム103とからなっている。サポートプラットフォーム103は、Y方向に沿って動くようにスライダ102に取り付けられている。ステージ装置100は、さらに、X方向にスライダ102を動かす2つのXリニアモータ105と、サポートプラットフォーム104がY方向に動かされるYリニアモータ106を備えている。サポートプラットフォーム104が非接触支持される場合、前記サポートプラットフォーム104と固定フレーム101間の間隙を計測するために、静電容量型などの高精度変位センサが用いられている。ステージ装置100は、サポートプラットフォーム104を正規の姿勢に保ち、X方向およびY方向に正確に位置決めしている。
第2の投影露光装置のステージは、磁気浮上装置を備えたものである(例えば、特許文献2)。
ステージ装置は、図5(a)、図5(b)に示すように、ステージ1は、浮上用電磁石4と、Y軸リニアモータ5と、X軸リニアモータ6と、2次元リニアセンサ8等を具備した固定台2と、Y軸リニアモータおよびX軸リニアモータ6から位置決めされる可動台3から構成されている。
固定台2は、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形状をしており、穴9が天板に設けられている、穴9は可動台3または被搬送物15の位置を計測する光学式計測器の光軸を通すために光軸に沿って貫通している。光軸が被搬送物15に当たるように可動台3と交わる箇所に穴16が設けられている。また固定台2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。また、固定台2の天板と底板には、浮上用電磁石4、Y軸リニアモータ5およびX軸リニアモータ6の固定子51が上下対称に配置され、浮上用電磁石4は、4分割して図1(a)に示すように互いに間隔を開けて光軸を避けて配置されている。
可動台3は固定台2に取り付けられた浮上用電磁石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、可動台3の上面および下面に、浮上用磁性片17 、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61が配置されている。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、本実施例ではX軸方向のストロークはY軸方向に比べて小さい。
2次元リニアスケール7は、可動台3の中央、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)などが用いられる。
2次元リニアセンサ8は、固定台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用いられる。
高精度ギャップセンサ10は可動台3の上面に設けられ、対向する固定台2にターゲット11が配置されている。
低精度ギャップセンサ12は固定台2に設置され、対向する可動台3にターゲット13が配置されている。
回転検出ギャップセンサ14は固定台2に距離を設けて2個配置されており、対向する可動台3上にY軸ストローク分の長さをもつターゲット13が配置されている。ターゲット13は低精度ギャップセンサ12用と兼用されている。
次に浮上用電磁石4および浮上用磁性片17の詳細な構造について説明する。浮上用電磁石4および浮上用磁性片17は、図6に示すように配置されている。浮上用電磁石4および浮上用磁性片17の一方または両方は、PTFEのような樹脂材料やステンレスのような金属材料等からなる非磁性材料20で覆われており、対向する空隙は、高精度ギャップセンサ10とターゲット11の間隔よりも小さくなるように形成されている。
ところが、従来のステージ装置では、小型化と精密な位置決め性能が要求されるが、精密な位置決めを実現するために、被搬送物の位置計測用としてレーザ式干渉計等が用いられると、その光軸を通す空間を確保するために、ステージ装置が大型化するという問題が生じていた。さらに、ステージ装置が大型化することにより、駆動電流が増大するために、発熱による熱膨張が機構部品に生じ、走行性能や姿勢精度が低下するという問題も生じていた。
また、可動台の重心位置を直接検出していないので、たとえば、可動台の形状誤差や撓みおよび歪みを含んだ値を計測することになるために、正確な可動台の位置や姿勢を計測することができないために位置および姿勢制御しても、可動台を正確に制御できないという問題が生じていた。
そこで、本発明は、走行性能や姿勢精度が低下することなく、ステージ装置が小型化でき、安定した浮上制御が可能なステージ装置およびその駆動方法と、ステージ装置を用いた露光装置を提供することを目的とするものである。
請求項1記載の発明は、少なくとも3個づつ可動台に対向するように配置された浮上用電磁石を具備した固定台と、前記浮上用電磁石により非接触磁気浮上方式により支持される可動台と、前記可動台に具備された浮上制御用のギャップセンサと、前記可動台の中央に配置された2次元リニアセンサと、前記可動台を駆動するリニアモータとを備え、前記可動台の重心位置近傍の位置を検出する光学式計測手段を備え、前記可動台の一方向の変位を計測するように前記固定台に前記光学式計測手段の光源の光軸が通る程度の大きさに相当する開口を備えるとともに前記可動台に計測する方向に直交する方向の変位量に相当する開口を重心位置近傍に備えられた反射ミラーに通じるように形成され、前記可動台を駆動する前記リニアモータは前記固定台の内壁に電機子が取り付けられ、前記可動台に前記電機子を挟み込むように永久磁石が備えられたものである。
また、請求項2記載の発明は、前記可動台のX軸方向の変位を計測するために、前記可動台のY軸方向の移動方向に平行な前記固定台および前記可動台の一面に開口部を備えたものである。
請求項3に記載の発明は、前記可動台の開口部は、前記固定台の開口部よりも前記可動台のY軸方向の移動方向について大きく形成されたものである
請求項4に記載の発明は、前記可動台の前記開口部は、前記可動部の前記重心位置に対して対称構造に形成されたものである。
請求項5に記載の発明は、前記可動台の前記重心位置近傍に、前記光学式計測手段の反射ミラーが備えられたものである。
請求項6に記載の発明は、前記リニアモータは、Y軸方向に前記可動台を移動させるY軸リニアモータと、X軸方向に前記可動台を移動させるX軸リニアモータとを備え、前記Y軸リニアモータの電機子は、前記固定台の内側壁に取り付けられ、前記X軸リニアモータの電機子は、前記固定台の内上壁に取り付けられたものである。
請求項7に記載の発明は、前記Y軸リニアモータは、前記電機子が前記固定台の内側壁に取り付けられ、前記電機子を上下方向から挟み込むように配置された永久磁石からなるものである。
請求項8に記載の発明は、前記X軸リニアモータは、前記電機子が前記固定台の内上壁に取り付けられ、前記電機子に対向するように永久磁石が配置されたものである。
請求項9に記載の発明は、前記X軸リニアモータと、前記Y軸リニアモータに用いられる永久磁石はともに取り付け部材に取り付けられて、前記可動台に前記取り付け部材が締結されているものである。
請求項10に記載の発明は、請求項1に記載の前記ステージ装置であって、前記ステージ装置によって被搬送物を位置決めするものである。
また、重心位置近傍を計測して位置決めするようにしたことで、浮上力や移動する際の推力が作用する点と可動台の重心位置が一定となることで制御性が向上し、走行性能や姿勢精度が向上する。
また、Y軸リニアモータの電機子を固定台の内側壁に、X軸リニアモータの電機子を固定台の内上壁に配置し、各々のリニアモータの永久磁石を共通の取り付け部材を利用して可動台に配置する構成にしたことで、ステージ装置内部のスペースを有効活用することで、ステージ装置を小型化できる。このために、駆動用リニアモータの発熱量は低減され、熱膨張が抑制されることにより、走行性能や姿勢精度は向上する。
また、可動台に作用する浮上力の作用点と可動台の重心位置の相対関係および発生する浮上力が、可動台の移動位置に係わらず一定となるように浮上用電磁石および浮上用磁性片の形状が形成されたことにより、可動台の位置が変化しても可動台の浮上量は常に一定となることから制御性が向上する。また、浮上量に応じて、ギャップセンサを切り替えることで広範囲な領域で浮上制御ができるとともに、高精度な浮上制御が可能となる。
また、可動台に作用する駆動力の作用点と可動台の重心位置の相対関係および発生する駆動力が、可動台の移動位置に係わらず一定となるように制御されることから制御性が向上する。また、位置決め時のリニアセンサを切り替えることで、広範囲な領域で移動量が制御できるとともに、高精度な位置決め制御が可能となる。
また、可動台が非接触に支持されたステージ装置により、露光作業が可能である。
ステージ1は、浮上用電磁石4と、Y軸リニアモータ5と、X軸リニアモータ6と、2次元リニアセンサ8等を具備した固定台2と、Y軸リニアモータ5およびX軸リニアモータ6から位置決めされる可動台3から構成されている。
固定台2は、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形状をしており、穴9が天板に設けられている。穴9は可動台3または被搬送物15の位置を計測するZ軸用光学式計測器51の光軸を通すために光軸に沿って貫通している。
また、固定台2は、X方向の可動台3の位置を計測するように、開口56はY軸進行方向に平行な固定台2の一辺の側面に備えられ、その開口56はX軸光学式計測器52の光軸が通る程度の大きさで形成されている。可動台3の重心位置近傍を計測するために、可動台3にも開口57が固定台2の開口56が設けられた一辺と同じ方向に備えられ、その開口57はY軸方向について可動台2の移動量に相当する大きさで形成されている。可動台3の重心位置近傍には光学式計測器の反射ミラー54が備えられている。可動台3は、X方向の位置を計測するために固定台2の開口56が設けられた1辺と同じ方向に開口57を設ければよいが、可動台3の重心位置を可動台3の中央にするために、可動台3の進行方向に対して対称構造としても良い。
また、可動台3のY方向には、反射ミラー55が備えられ、Y軸光学式計測器53からの光を反射してY軸方向の位置を計測している。
また固定台2は、互いに平行に配置された4組のY軸リニアモータ5と2組のX軸リニアモータ6を備えている。また、固定台2の天板と底板には浮上用電磁石4が配置され、浮上用電磁石4は、4分割して図1(a)に示すように互いに間隔を開けて光軸を避けて配置されている。
ここで用いられている光学式計測器には、レーザ測長器のような波長の短いものが用いられている。
Y軸方向へ可動台3を駆動するY軸リニアモータ5は、固定台2の内側壁に電機子58が取り付けられ、電機子58を挟み込むように永久磁石59が両面に配置されている。永久磁石58は、取り付け部材60に取り付けられて取り付け部材60が可動台3に締結される構造となっている。
また、X軸方向へ可動台を駆動するX軸リニアモータ6は、固定台2の内上壁に電機子61が取り付けられ、この電機子61に対向するように永久磁石62が配置されている。永久磁石62は、Y軸リニアモータ5の永久磁石58が取り付けられた取り付け部材59に取り付けられた構成である。
次に可動台3は、低精度ギャップセンサ12の検出信号をもとに着地位置からZ軸用光学式計測器51の計測範囲まで浮上される。次に可動台3は、Z軸用光学式計測器51の検出信号に基づいて浮上制御される。
次に可動台3は、2次元リニアセンサ8の位置信号に基づいて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、X軸用光学式計測器52およびY軸光学式計測器53の計測範囲に入った時点で、図示しない制御装置へのセンサ信号が切り替えられ、被搬送物15は目標位置に位置決めされる。
また、可動台の重心位置近傍をX、Y、Zの3軸ともに計測することで制御性が向上し、走行性能や姿勢精度が向上する。
光源33を発したEUV光は集光ミラー38で集光され、マスク35で反射され、凹面ミラー39、凹面ミラー40、41、凹面ミラー37の順に反射を繰り返して、ウェハ36に達する。また、ステージ装置34およびウェハステージ37は、ウェハ36の表面にマスク35上に描かれた回路パターンの縮小像をウェハ36上に形成するように、相対的に位相を合せて移動する。
2 固定台
3 可動台
4 浮上用電磁石
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
9 光軸用穴
10 高精度ギャップセンサ
11 ターゲット
12 低精度ギャップセンサ
13 ターゲット
14 回転検出ギャップセンサ
15 被搬送物
16 光軸用穴
17 浮上用磁性片
18 直動アクチュエータ
19 位置決めブロック
20 非磁性材料
21 ピエゾアクチュエータ
22 ロッド
23 支持点
24 ピエゾアクチュエータ
25 ロッド
26 昇降機構
27 昇降機構
28 ローラ
29 ローラサポート
30 支持台
31 露光装置
32 真空チャンバー
33 光源
34 ステージ装置
35 マスク
36 ウェハ
37 ウェハステージ
38 集光ミラー
39 凹面ミラー
40 凸面ミラー
41 凸面ミラー
42 凹面ミラー
100 ステージ装置
101 固定フレーム
102 スライダ
103 サポートプラットフォーム
104 サポートプラットフォーム
105 Xリニアモータ
106 Yリニアモータ
Claims (10)
- 少なくとも3個づつ可動台に対向するように配置された浮上用電磁石を具備した固定台と、前記浮上用電磁石により非接触磁気浮上方式により支持される可動台と、前記可動台に具備された浮上制御用のギャップセンサと、前記可動台の中央に配置された2次元リニアセンサと、前記可動台を駆動するリニアモータとを備え、前記可動台の重心位置近傍の位置を検出する光学式計測手段を備え、前記可動台の一方向の変位を計測するように前記固定台に前記光学式計測手段の光源の光軸が通る程度の大きさに相当する開口を備えるとともに前記可動台に計測する方向に直交する方向の変位量に相当する開口を重心位置近傍に備えられた反射ミラーに通じるように形成され、前記可動台を駆動する前記リニアモータは前記固定台の内壁に電機子が取り付けられ、前記可動台に前記電機子を挟み込むように永久磁石が備えられたことを特徴とするステージ装置。
- 前記可動台のX軸方向の変位を計測するために、前記可動台のY軸方向の移動方向に平行な前記固定台および前記可動台の一面に開口部を備えたことを特徴とする請求項1記載のステージ装置。
- 前記可動台の前記開口部は、前記固定台の前記開口部よりも前記可動台のY軸方向の移動方向について大きく形成されたことを特徴とする請求項1または2に記載のステージ装置。
- 前記可動台の前記開口部は、前記可動部の前記重心位置に対して対称構造に形成されたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載のステージ装置。
- 前記可動台の前記重心位置近傍に、前記光学式計測手段の反射ミラーが備えられたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載のステージ装置。
- 前記リニアモータは、Y軸方向に前記可動台を移動させるY軸リニアモータと、X軸方向に前記可動台を移動させるX軸リニアモータとを備え、前記Y軸リニアモータの電機子は、前記固定台の内側壁に取り付けられ、前記X軸リニアモータの電機子は、前記固定台の内上壁に取り付けられたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載のステージ装置。
- 前記Y軸リニアモータは、前記電機子が前記固定台の内側壁に取り付けられ、前記電機子を上下方向から挟み込むように配置された永久磁石からなることを特徴とする請求項6記載のステージ装置。
- 前記X軸リニアモータは、前記電機子が前記固定台の内上壁に取り付けられ、前記電機子に対向するように永久磁石が配置されたことを特徴とする請求項6記載のステージ装置。
- 前記X軸リニアモータと、前記Y軸リニアモータに用いられる前記永久磁石はともに取り付け部材に取り付けられて、前記可動台に前記取り付け部材が締結されていることを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1つに記載のステージ装置。
- 請求項1に記載の前記ステージ装置であって、前記ステージ装置によって被搬送物を位置決めすることを特徴とする露光装置。
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