JP5053884B2 - ステージ装置及び露光装置 - Google Patents

Description

本発明はステージ装置及び露光装置に関する。

光源からの光を利用して原版（マスク又はレチクル）のパターンを基板に露光する露光装置は従来から知られている。原版や基板は専用のステージ装置に搭載されて移動及び位置決めされるが、高いスループットを確保するためには高速移動が要求され、高い重ね合わせ精度を維持するために高精度な位置決めが要求される。

一般に、ステージ装置は、被搭載物を搭載するステージと、ステージを案内するガイドを搭載した定盤と、ステージの底面に設けられたパッドとガイドとを重力方向に非接触で支持するエアベアリング（気体軸受又は空気軸受）機構とを有する。パッドとガイドが接触すると摩擦によりステージの円滑な運動が妨げられるので両者の接触を検出する検出手段を設け、検出手段が両者の接触を検出した場合にはステージを停止して原状回復するための必要な措置を採る必要がある。この点、特許文献１は、パッドとガイドを金属部材から構成して両者の電気的導通により両者の接触を検出している。また、特許文献２は、変位センサ、力センサ又はピエゾ歪センサを使用して両者の接触又は変形を検出している。
特開平０２−５１６２０号公報 特開２００５−０７９３７３号公報

特許文献１のようにパッドとガイドを金属材料から構成すると接触時に一方又は両者が損傷する。これを防止するため、パッドを、例えば、柔らかい材料（絶縁体）から構成し、特許文献２のような変位センサを使用することも考えられるが、この方法は多数のセンサを必要とするために現実的ではない。

そこで、本発明は、パッド又はガイドが絶縁体であっても両者の接触を簡単に検出可能なステージ装置及び露光装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としてのステージ装置は、基準面を有する定盤と、被搭載物を搭載して前記基準面の上を移動可能なステージと、前記定盤に設けられ、前記ステージを案内するガイドと、前記ステージに設けられて前記ガイドに対向して気体を噴出するパッドを含み、前記ステージを前記ガイドから浮上した状態で支持可能な気体軸受と、前記ステージの駆動を規定するステージ制御部と、前記ステージの位置を検出する検出部と、前記ステージ制御部が規定した前記ステージの駆動状態と前記検出部の検出結果から前記パッドと前記ガイドとの摩擦力を状態方程式を使用して推定する外乱オブザーバと、前記外乱オブザーバが推定した摩擦力に基づいて前記パッドが前記ガイドに接触しないように前記気体の圧力を制御する圧力制御部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、パッド又はガイドが絶縁体であっても両者の接触を簡単に検出可能なステージ装置及び露光装置を提供することができる。

図１はステージ装置１００のブロック図である。図１に示すように、ステージ装置１００は、定盤１０１、ステージ１０２、ステージ制御部１０３、パッド１０４、ガイド１０５、外乱オブザーバ１０６、圧力制御部１０７、レギュレータ１０８、レーザ干渉計１１０、演算部１１１を有する。

定盤１０１は、床などに載置されて上面に水平面である基準面（ＸＹ平面）１０１ａを有する。ステージ１０２は、被搭載物である原版又は基板を搭載して基準面１０１ａの上を二次元的に（ＸＹ方向に）移動可能に構成され、パッド１０４及びガイド１０５により支持されている。ステージ１０２には、バーミラー１０９が搭載されている。レーザ干渉計（検出部）１１０は、バーミラー１０９と協働してステージ１０２のＸＹθ方向の位置を検出する。レーザ干渉計１１０の出力は外乱オブザーバ１０６と演算部１１１に送信される。

ステージ制御部１０３は、ステージ１０２のアクチュエータに与える、ステージ１０２の駆動を規定するための駆動指令値を生成及び送信する。ガイド１０５は、定盤１０１に設けられ、ステージ１０２をＸＹ方向に案内する。図１においては、ガイド１０５はＸＹ平面に延びているが、その形状は問わない。

ステージ装置は、ステージ１０２をガイド１０５から浮上した状態で支持可能に構成されている気体軸受を有する。気体軸受は、ステージ１０２に設けられてガイド１０５に対向して気体を図示しない一又は複数の噴出孔（図示しない）から噴出するパッド１０４を含む。噴出孔はガイド１０５に対向する面に設けられる。噴出孔には配管１１２が接続され、配管１１２を通じて空気、その他の気体（窒素など）が供給される。配管１１２には、レギュレータ１０８が設けられている。レギュレータ１０８は、気体（流体）の流量や圧力を圧力制御部１０７の制御の下で調節する。レギュレータ１０８は、パルスモータなどにより駆動可能である。気体の圧力はパッド１０４とガイド１０５との間の圧力でもあり、パッド１０４（ステージ１０２）の浮上量を決定する。気体の圧力が高すぎると浮上量が高すぎてステージ１０２の駆動応答性が低下する。圧力が低すぎると浮上量が低すぎてパッド１０４とガイド１０５とが接触する。

外乱オブザーバ１０６は、ステージ制御部１０３が規定したステージ１０２の駆動状態（位置、速度、加速度）とレーザ干渉計１１０の検出結果（位置、速度、加速度）からパッド１０４とガイド１０５との摩擦力を推定する。外乱オブザーバ１０６としては、数式１に示すような、外乱を新たな状態変数の一つとして加えている拡大系の状態方程式を使用する。

ここで、Ｍはステージ１０２の質量、ｐはレーザ干渉計１１０からの位置情報、ｕは駆動指令値、ｋ１、ｋ２、ｋ３は外乱オブザーバ１０６のゲイン、

は、ステージ１０２の推定位置、推定速度、推定外乱（内部状態）である。

は、

の微分である。ｙは推定摩擦力である。

圧力制御部１０７は、外乱オブザーバ１０６が推定した摩擦力に基づいてパッド１０４がガイド１０５に接触しないようにパッド１０４に供給される気体の圧力を制御する。この結果、パッド１０４のガイド１０５からの浮上量は所期の範囲内に維持される。演算部１１１は、ステージの駆動状態に関する目標値とレーザ干渉計１１０の検出結果とを比較して比較結果をステージ制御部１０３に供給する。ステージ１０２は、レーザ干渉計１１０により測定された位置情報に基づいて、ステージ制御部１０３によりフォードバック制御され、目標値に等しくなるよう駆動される。

図２は、ステージ装置１００の変形例としてのステージ装置１００Ａのブロック図である。ステージ装置１００Ａは、メモリ１２０を有する点でステージ装置１００と相違する。ステージ１０２の各位置情報に対する摩擦力を外乱オブザーバ１０６を用いて予め測定し、メモリ１２０に記憶しておく。圧力制御部１０７は、圧力制御の遅れを補償するため、摩擦力情報に基づいてステージ１０２の各位置に対するパッド１０４の圧力をフィードフォワード的に制御する。

ステージ装置１００及び１００Ａによれば、ステージ制御部１０３がステージ駆動用アクチュエータに与える駆動指令値とレーザ干渉計（検出部）１１０から検出されたステージ１０２の駆動状態から、外乱オブザーバ１０６により摩擦力を推定することができる。これにより、パッド１０４及びガイド１０５の少なくとも一方が絶縁体であっても、多数の変位センサなどを配置せずに、パッド１０４とガイド１０５間の接触状態を検出することができる。また、推定された摩擦力に基づいてパッド１０４とガイド１０５間の圧力を制御することにより、気体軸受に発生する摩擦力を低減し、パッド１０４とガイド１０５が齧ることのないステージ装置を実現することができる。

以下、ステージ装置を有する露光装置について説明する。露光装置は、図１に示すように、光源からの光を利用して原版Ｒのパターンを基板Ｗに露光する。露光装置は、照明装置１、原版ステージ２、投影光学系３、基板ステージ４を有し、ステップアンドスキャン方式で原版Ｒのパターンを基板Ｗに露光する。なお、本発明は、ステップアンドリピート方式の露光装置にも適用可能である。

照明装置１は、原版Ｒを照明し、光源と、照明光学系とを有する。光源は、レーザや水銀ランプを使用することができる。照明光学系は、原版Ｒを均一に照明する光学系である。原版Ｒは、回路パターン（又は像）を有し、原版ステージ２に支持及び駆動される。原版Ｒから発せられた回折光は、投影光学系３を通り基板Ｗ上に投影される。原版Ｒと基板Ｗは光学的に共役の関係にあり、原版Ｒと基板Ｗを縮小倍率比の速度比で同期走査することにより原版パターンを基板Ｗに転写する。投影光学系３は、原版パターンを基板Ｗに縮小倍率で投影する。投影光学系３は、屈折型光学系、反射屈折型光学系、反射型光学系のいずれも使用可能である。投影光学系３の基板Ｗに最も近い最終光学素子を液体に浸漬して液浸露光を実現してもよい。基板Ｗは、本実施例ではウエハであるが、別の実施例では液晶基板であり、被露光体を代表する。基板Ｗの表面にはフォトレジストが塗布されている。基板Ｗは基板ステージ４により、移動及び位置決めされる。

ステージ装置１００又は１００Ａは、原版ステージ２又は基板ステージ４に適用可能である。ステージ装置１００又は１００Ａにより、高い重ね合わせ精度を維持し、パッド１０４とガイド１０５の接触を防止して高いスループットを確保することができる。

次に、図４及び図５を参照して、露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図４は、半導体デバイスの製造を説明するためのフローチャートである。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（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。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、レチクルとウエハを用いて、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。

図５は、図４のステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。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等によって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）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）ではウエハに感光材を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置によってレチクルパターンをウエハに露光する。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。本実施例の製造方法を用いれば、露光装置はスループットを上げることができる。このように、露光装置を使用するデバイス製造方法、並びに結果物（中間、最終生成物）としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の一側面のステージ装置のブロック図である。 図１に示すステージ装置の変形例のブロック図である。 図１又は図２に示すステージ装置を適用可能な露光装置のブロック図である。 図３に示す露光装置を用いたデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。 図４に示すステップ４の詳細なフローチャートである。

符号の説明

Ｒ 原版
Ｗ 基板
２ 原版ステージ
３ 投影光学系
４ 基板ステージ
１００、１００Ａ ステージ装置
１０１ 定盤
１０２ ステージ
１０３ ステージ制御部
１０４ パッド
１０５ ガイド
１０６ 外乱オブザーバ
１０７ 圧力制御コントローラ
１２０ メモリ

Claims (4)

1. 基準面を有する定盤と、
   被搭載物を搭載して前記基準面の上を移動可能なステージと、
   前記定盤に設けられ、前記ステージを案内するガイドと、
   前記ステージに設けられて前記ガイドに対向して気体を噴出するパッドを含み、前記ステージを前記ガイドから浮上した状態で支持可能な気体軸受と、
   前記ステージの駆動を規定するステージ制御部と、
   前記ステージの位置を検出する検出部と、
   前記ステージ制御部が規定した前記ステージの駆動状態と前記検出部の検出結果から前記パッドと前記ガイドとの摩擦力を状態方程式を使用して推定する外乱オブザーバと、
   前記外乱オブザーバが推定した摩擦力に基づいて前記パッドが前記ガイドに接触しないように前記気体の圧力を制御する圧力制御部と、
   を有することを特徴とするステージ装置。
2. 前記外乱オブザーバが推定した摩擦力と前記検出部の検出結果とを記憶するメモリを更に有し、
   前記圧力制御部は前記メモリの情報に基づいて前記気体の圧力を制御することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 光源からの光を利用して原版のパターンを基板に露光する露光装置であって、
   前記原版又は前記基板を駆動する請求項１又は２に記載のステージ装置を有することを特徴とする露光装置。
4. 請求項３に記載の露光装置を使用して基板を露光するステップと、
   露光された基板を現像するステップと、
   を有することを特徴とするデバイス製造方法。