JP5132491B2 - 駆動装置及び露光装置、デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置、それを備える露光装置、それを用いてデバイスを製造するデバイスの製造方法に関する。

半導体デバイス等のデバイスを製造するためのリソグラフィー工程、より詳しくは露光工程において、露光装置が使用される。露光装置は、マスクステージに保持されたマスクのパターンをウエハステージに保持されたウエハに投影光学系によって投影し、該ウエハを露光するように構成される。

ウエハやマスクを保持して位置決めするためにステージ装置が使用される。ステージ装置は、ウエハやマスクを保持するチャックを備えるステージと、該ステージを駆動する駆動機構とを備える。駆動機構は、例えば、ステージとともに移動する可動体、該可動体を支持或いはガイドするガイド、更に、駆動力を発生するリニアモータ等のアクチュエータ等を含みうる。可動体は、エアパッドによる浮上力と与圧マグネットによる吸引力とによりガイドとの間にほぼ一定のギャップを形成しながら移動しうる。
特開平９−５４６３号公報 特開２０００−２６０６９１号公報

従来、ガイドは鋳鉄で形成され、またその表面にはニッケル・リン・メッキが施され、表面の酸化防止や、硬度及び面精度アップが図られていた。

ところが、エアガイド機構においては、ステージの移動中にエアが遮断されてしまうことがあるため、エアパッドとガイドが接触してガイド側に傷が付く虞がある。また、エアパッドとガイドとの間に小さな粉塵等が存在した状態でステージが移動した場合にもガイドに傷が付く虞がある。ガイドの材質に上記した金属素材を使用している場合、ガイドの表面に傷が付くと、金属素材の表面が盛り上がってしまう。この状態でステージ等が各ガイドの表面に沿って移動すると、ガイドの盛り上がりとエアパッドとの間に擦れが生じることとなる。

そのため、エアガイド機構の運動精度が損なわれたり、エアガイド機構の動特性が変動したりしてしまい、移動ステージに対する制御性能が著しく低下してしまうことがあった。更に、その状態で長時間使用を続けると、エアパッドが徐々に傷ついて致命傷にまで到るケースや、極端なときにはエアパッドが齧ることでステージが作動不能になってしまうケースがあり、長期的な安定性という観点では難点を抱えていた。

ところで、特許文献１には、ステージ定盤をアルミナセラミックス材料とした例が開示されている。アルミナセラミックスは、非磁性体であり磁石予圧が不可能であるため、バキュームパッドによる予圧を用いることになる。バキュームパッドによる与圧パッドを用いた構成において、与圧マグネットと同等の吸引力を発生するためには、与圧マグネットの面積に比べ大きなパッド面積が必要となり、また更に、プレッシャエアラインに加えてバキュームエアラインを構成する必要がある。そのため、パッドを構成する微動ステージの裏面の実装やステージ装置全体の配管の実装が複雑化してしまうという欠点がある。しかも、与圧マグネットと同等の吸引力を得るためには、高真空のバキュームエアが必要となるので、露光装置に高真空のエアラインを引かなければならない。

また、特許文献２には、ステージ定盤にセラミックスを溶射する例が開示されているが、与圧マグネットを使用するときはセラミックス層を薄く形成しなければならないため、溶射セラミックス層が薄くなり、エアパッド滑走面の剛性が保てないという欠点がある。また、マグネット与圧面とエアパッド滑走面の厚さを変えようとすれば、セラミックス層の加工工程を増やさなければならず、精度の悪化やコスト高を招いてしまう。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、例えば、ガイドの構造の改良によって、可動体の移動性能を維持させたまま、ガイドの剛性、耐久性を向上させるようにした駆動装置及び露光装置、デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様は、ガイドによって支持された可動体を駆動ユニットにより駆動する駆動装置であって、前記ガイドは、磁性材で形成され前記可動体をガイドする側に凹部と凸部とを有する支持体と、該支持体の少なくとも凹部を覆うとともに前記可動体をガイドするガイド面を形成する脆性物質層とを有し、前記可動体は、前記ガイド面から浮上するためのエアパッドと、前記支持体との間に吸引力を得るためのマグネットとを有し、前記支持体の凸部は、前記駆動ユニットが駆動する前記可動体の移動方向に沿って設けられ、前記マグネットと対向するように配置されることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、原版ステージに保持された原版のパターンを基板ステージに保持された基板に投影光学系によって投影し該基板を露光する露光装置であって、上記のような駆動装置を備え、前記駆動装置は、該駆動装置の前記可動体の移動に応じて前記原版ステージ又は前記基板ステージの少なくとも一方を駆動するように構成されている、ことを特徴とする。

また、本発明の一態様によるデバイスの製造方法は、上記のような露光装置によって基板を露光する工程と、該基板を現像する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、ガイドの構造の改良によって、可動体の移動性能を維持させたまま、ガイドの剛性、耐久性を向上させられる。

以下、本発明に係わる駆動装置及び露光装置、デバイスの製造方法の実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、本発明に係わるステージ装置を、基板を保持する露光装置における基板ステージ装置（ウエハステージ装置１７）に適用した場合を例に示す。

以下、図１〜図７を参照して、本発明の駆動装置及び露光装置、デバイスの製造方法の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態に係わる露光装置１５の概略構成の一例を示す図である。

露光装置１５は、感光剤が塗布されたウエハＰ上へマスクＭに形成されたパターンを投影してウエハＰの感光剤に転写する機能を有する。露光装置１５は、光源１４、照明光学系１３、マスクステージ装置１２、投影光学系１６及びウエハステージ装置１７等を具備して構成される。ここで、投影光学系１６の光軸と平行方向にＺ軸が、光軸に垂直な面内において図１の紙面と垂直方向にＹ軸が、光軸に垂直な面内において図１の紙面と平行方向にＸ軸が、それぞれ設定されているものとする。

マスクステージ（原版ステージとも言う）装置１２は、マスク（原版とも言う）Ｍを保持するものである。光源１４は、ウエハＰの露光のため使用される光線Ｌを発生する。光源１４としては、例えば、エキシマレーザが好適である。光源１４から射出された光線Ｌは、反射ミラー１８で反射されて照明光学系１３に提供される。照明光学系１３は、マスクＭを照明する。照明されたマスクＭから射出された光線Ｌは、投影光学系１６を介してウエハ（基板とも言う）Ｐに結像する。ウエハＰの表面には、マスクＭのパターン像が形成される。ウエハステージ（基板ステージとも言う）８を駆動することによって、ウエハＰを２次元的にステップ移動させることになる。そして、ステップ移動させながらウエハＰの各ショット領域を順次露光することによって、ウエハＰの各ショット領域にマスクＭのパターンを逐次転写する。

ウエハステージ８は、ウエハＰを保持するものであって、互いに直交する方向（Ｘ、Ｙ、Ｚの３次元方向）へ駆動される。このウエハステージ８上には移動鏡１７ａが固定されている。移動鏡１７ａは、不図示のレーザー干渉計によりウエハステージ８（つまりウエハＰ）の位置を検出するために用いられる。

図２は、ウエハステージ装置１７の外観斜視の一例を示す図である。ウエハステージ装置１７は、除振装置１、定盤２、Ｙガイド３、Ｙ駆動用リニアモータ４、Ｘガイド５、Ｘ駆動用リニアモータ６、ウエハチャック７等を具備して構成されている。ここで、前述した図１に示される移動鏡１７ａには、Ｙ移動鏡とＸ移動鏡とが具備される。このＹ移動鏡とＸ移動鏡を用いてウエハステージ８のＸ方向、Ｙ方向の位置がそれぞれ検出される。

また、露光装置１５が設置される工場床と定盤２との間には、除振装置１が配置されている。除振装置１は、空気式ダンパやリニアモータなどを有し、定盤２に加わる振動を除振するとともにウエハステージ８の移動による露光装置１５の姿勢変化を制御する。

図３は、Ｙガイド３の拡大断面の一例を示す図である。

Ｙガイド３は、脆性物質層であるセラミックス層３ａと、吸磁性の金属層３ｂとを含んで構成される。

吸磁性の金属層３ｂは、吸磁性を有する磁性材、例えば、金属材から成り、Ｙガイド３の支持体を構成している。吸磁性の金属層３ｂは、例えば、低熱膨張鋳物により形成されており、十分な剛性を有している。なお、吸磁性の金属層３ｂは製缶構造を用いてもよい。吸磁性の金属層３ｂには、可動体、すなわち、本実施形態においてはＸガイド５がＹガイド３に支持されて移動する側に凹凸形状が形成されている。

吸磁性の金属層３ｂは、Ｘガイド５を支持或いはガイドするガイド面側に凹凸を有する。セラミックス層３ａは、金属層３ｂを覆うように金属層３ｂ上に形成される。セラミックス層３ａの表面は、Ｘガイド５を支持或いはガイドするガイド面として機能する。セラミックス層３ａは、例えば、溶射されたセラミックスにより形成されている。

Ｘガイド５は、Ｙガイド３上をエアガイド機構（不図示）によって所定の高さに浮上しており、Ｙ駆動用リニアモータ４によってＹ方向に自在に移動する。ウエハステージ８は、Ｘガイド５上をエアガイド機構（不図示）によって所定の高さに浮上している。Ｘガイド５には、Ｘ駆動用リニアモータ６の固定子が固定され、ウエハステージ８には、Ｘ駆動用リニアモータ６の可動子が固定されている。ウエハステージ８は、このようなＸ駆動用リニアモータ６によってＸ方向に自在に移動する。すなわち、両リニアモータ（４、６）により、Ｘガイド５及びＹガイド３が移動され、当該移動に応じてウエハステージ８が駆動される。

ここで、図４から図７を用いて、上記構成のウエハステージ装置１７におけるＹガイド３を製造する際の手順の一例について説明する。

まず、Ｙガイド３の吸磁性の金属層３ｂを形成する。図４に示すように、金属層３ｂには、表面が少なくとも一組以上の高低差（以下、段差と言う）を有した凹凸形状を形成する。段差は、例えば、２０μｍ以上となる。なお、装置構成によっては、この段差を、例えば、５０μｍ以上としたり、１００μｍ以上としたりする場合もある。詳細は後述するが、凹凸形状は、与圧マグネット、エアパッド、夫々と対向して設けられるため、段差が大きくなれば、エアパッドと対向するセラミックス層３ａを厚く溶射できるため、セラミックス層３ａの剛性、耐久性を高めることができる。

ここで、金属層３ｂに形成された凹凸形状は、図５に示すように、その凹部（２３ａ〜２３ｃ）がＸガイド５におけるエアパッド（２０ａ〜２０ｃ）と対向するように配置される。また更に、この凹凸形状は、凸部（２２ａ、２２ｂ）がＸガイド５における与圧マグネット（２１ａ、２１ｂ）と対向するように配置される。この配置構成を採るのは、与圧マグネット（２１ａ、２１ｂ）と対向する位置のセラミックス層３ａを薄く、またエアパッド（２０ａ〜２０ｃ）に対向する位置のセラミックス層３ａを厚くし、マグネットの吸引力を高めつつ、剛性を高めるためである。

また、凹凸形状における凸部（２２ａ、２２ｂ）及び凹部（２３ａ〜２３ｃ）は、例えば、矩形形状で形成され、その長手方向がＸガイド５の移動方向に沿ってそれぞれ形成される。この構成を採るのは、エアパッドによる浮上力と与圧マグネットにより得られる吸引力を一定に保ち、Ｘガイド５を安定して移動させるためである。

続いて、凹凸形状を覆うべく金属層３ｂの上部にセラミックス層３ａを溶射する。図６に示すように、セラミックス層３ａを、金属層３ｂの上部に例えば、２００μｍ以上溶射する。この溶射後、セラミックス層３ａ部を封孔処理後に平面研磨して、セラミックス層３ａを同一平面に加工する。平面研磨では、図７に示すように、上記吸磁性の金属層３ｂの凸部のセラミックス層３ａの厚さが例えば、５０μｍ程度となるようにする。このように、Ｘガイド５を支持する側のガイド面を平面で形成した場合、加工時間が短く済みコストの抑制を図れる。また、平面度の精度向上も図れる。ちなみに、ここで言う平面とは、ガイドとしての機能を損なわない程度の平面度であればよく、必ずしも完全な平面である必要はない。

なお、本実施形態においては、金属層３ｂの凸部と凹部とをセラミックス層３ａで覆っているが、ガイドとしての機能を損なわないのであれば、凹部のみをセラミックス層３ａで覆う構成とすることも可能である。

また、本実施形態では、脆性物質層としてセラミックスを例として用いたが、セラミックスに限らず、ある程度の硬度（硬度７以上が好ましい）を有し、ガイドとして十分に使用可能な剛性を有するものであればよい。例えば、ガラス、ダイヤモンド、カーボン複合材、石材等を用いても良い。

金属層の表面に脆性物質層を用いることの主旨は、金属層とエアパッド等との直接的な接触を防ぎ、かつ、金属の場合のような、エアパッド等との接触による盛り上がりを防ぐことである。したがって、本発明の主旨を逸脱しない限り、脆性物質層として用いることが出来る材料は、上記実施形態に示したものに限られないことは言うまでもない。

なお、Ｘガイド５の構成並びに製造手順は、上記図３及び図４から図７を用いて説明したＹガイド３の構成並びに製造手順と同様となるため、その説明については省略する。

また、上記図４から図７を用いてＹガイド３の製造手順について説明したが、これはあくまで一例であり、例えば、上記例では凸部が２箇所であるが、１箇所や３箇所以上であってもよいことは言うまでもない。

また、上記説明では、ウエハステージ装置１７におけるＸガイド５及びＹガイド３の構成並びにその製造手順について説明したが、ウエハステージ装置１７におけるＸガイド５及びＹガイド３の構成は、上記したマスクステージ装置１２に適用することもできる。更に、この構成は、必ずしもウエハステージ装置１７に適用する必要はなく、マスクステージ装置１２のみに適用してもよい。すなわち、上記説明した構成は、ウエハステージ装置１７、マスクステージ装置１２の少なくとも一方に適用することができる。なお、ウエハステージ装置１７等の類の装置であれば、同様に適用できることは言うまでもない。

なお、デバイスは、露光装置１５を用いてフォトレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることによって製造される。

以上のように、上記した実施形態によれば、例えば、脆性物質層としてセラミックスを用いた場合は、セラミックス層の溶射により、通常のセラミックス材を使用する上での制約事項となる大きさに制限がなくなる。そのため、今後更に大型化する傾向にある露光装置に対しても適切に対応できることになる。また、例えば、必要な部位にのみセラミックスを使用するため、部材のコストを大幅に低減できることになる。

また、例えば、ガイド面が脆性物質（例えば、セラミックス）で形成されるため、ガイド面に傷が付いた時に盛り上がりが生じたり、またエアガイド機構にゴミが噛んでしまったりしても、加工硬化による盛り上がりが発生しない。そのため、エアガイド機構との間に擦れが生じない。したがって、エアガイド機構が損傷することなく長期間に亙ってその性能を維持することができる。また、例えば、脆性物質層としてセラミックスを用いる場合は、セラミックスを溶射する前に凹凸加工を施すため、セラミックス層の厚さを目的に応じて換えることができる。

本発明は、液晶ディスプレイデバイス製造用や、半導体製造用の露光装置や薄膜磁気ヘッド、撮影素子（ＣＣＤ）あるいは投影露光装置に使用するマスクなどを製造する為の露光装置などに広く適用できる。

また、上記装置以外においても、測長器などワークを移動させる装置において、そのワークの移動機構および、位置決め機構に利用される。

本実施形態に係わる露光装置１５の概略構成の一例を示す図である。 図１に示すウエハステージ装置１７の外観斜視の一例を示す図である。 図２に示すＹガイド３の拡大断面の一例を示す図である。 図２に示すＹガイド３を製造する際の手順の一例を示す第１の図である。 図２に示すＹガイド３を製造する際の手順の一例を示す第２の図である。 図２に示すＹガイド３を製造する際の手順の一例を示す第３の図である。 図２に示すＹガイド３を製造する際の手順の一例を示す第４の図である。

符号の説明

Ｍ マスク
Ｐ ウエハ
Ｌ 光線
１ 除振装置（マウント）
２ 定盤
３ Ｙガイド
３ａ セラミックス層
３ｂ 金属層
４ Ｙ駆動用リニアモータ
５ Ｘガイド
６ Ｘ駆動用リニアモータ
７ ウエハチャック
８ ウエハステージ
１２ マスクステージ装置
１３ 照明光学系
１４ 光源
１５ 露光装置
１６ 投影光学系
１７ ウエハステージ装置
１７ａ 移動鏡
１８ 反射ミラー

Claims (10)

1. ガイドによって支持された可動体を駆動ユニットにより駆動する駆動装置であって、
   前記ガイドは、
   磁性材で形成され前記可動体をガイドする側に凹部と凸部とを有する支持体と、該支持体の少なくとも凹部を覆うとともに前記可動体をガイドするガイド面を形成する脆性物質層とを有し、
   前記可動体は、
   前記ガイド面から浮上するためのエアパッドと、前記支持体との間に吸引力を得るためのマグネットとを有し、
   前記支持体の凸部は、
   前記駆動ユニットが駆動する前記可動体の移動方向に沿って設けられ、前記マグネットと対向するように配置される
   ことを特徴とする駆動装置。
2. 前記凹部及び前記凸部は、矩形形状であり、
   前記凹部及び前記凸部は、その長手方向が前記可動体の移動方向に沿って形成される
   ことを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
3. 前記脆性物質層は、前記凹部と前記凸部とを覆う
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の駆動装置。
4. 前記支持体の凹部は、
   前記駆動ユニットが駆動する前記可動体の移動方向に沿って設けられ、前記エアパッドと対向するように配置される
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の駆動装置。
5. 前記ガイド面としての前記脆性物質層の表面は、平面である
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の駆動装置。
6. 前記凹部及び前記凸部の高低差は、２０μｍ以上で形成される
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の駆動装置。
7. 前記脆性物質層は、セラミックス層である
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の駆動装置。
8. ガイドによって支持された可動体を駆動ユニットにより駆動する駆動装置であって、
   前記ガイドは、
   磁性材で形成され前記可動体をガイドする側に凹部と凸部とを有する支持体と、該支持体の少なくとも凹部を覆うとともに前記可動体をガイドするガイド面を形成する層とを有し、
   前記可動体は、
   前記ガイド面から浮上するためのエアパッドと、前記支持体との間に吸引力を得るためのマグネットとを有し、
   前記支持体の凸部は、
   前記駆動ユニットが駆動する前記可動体の移動方向に沿って設けられ、前記マグネットと対向するように配置され、
   前記層は、
   セラミックス、ガラス、ダイヤモンド、カーボン複合材、石材のいずれかを含む
   ことを特徴とする駆動装置。
9. 原版ステージに保持された原版のパターンを基板ステージに保持された基板に投影光学系によって投影し該基板を露光する露光装置であって、
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載された駆動装置を備え、
   前記駆動装置は、該駆動装置の前記可動体の移動に応じて前記原版ステージ又は前記基板ステージの少なくとも一方を駆動するように構成されている、
   ことを特徴とする露光装置。
10. デバイス製造方法であって、
    請求項９に記載の露光装置によって基板を露光する工程と、
    該基板を現像する工程と、
    を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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