JP2005155658A - 静圧気体軸受装置およびそれを用いたステージ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い排気効率を維持しながら、加工コストを削減でき、かつ組立時に接続間違いを起こさない真空用ステージ装置を提供する。
【解決手段】 構造体を非接触に支持する空気軸受と、前記空気軸受の周りを囲む複数段の排気溝とを有し、前記複数段の排気溝はそれぞれ独立した排気通路を有し、前記排気通路は真空ステージの設置してある真空チャンバーの壁をフィードスルーを介して真空チャンバー外部の真空ポンプに繋がるようになっている。さらに、静圧気体軸受に近い排気溝から１段、２段、３段、‥‥‥、ｎ段と番号を付けると、少なくとも一番外側のｎ段目の排気溝にある排気通路のコンダクタンスを静圧気体軸受に一番近い１段目の排気溝の排気通路のコンダクタンスより大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空中で動作する各種測定器、および半導体リソグラフィ工程で用いる投影露光装置などにおいてウエハもしくはレチクル等の基板を高速、高精度で移動、位置決めをするステージ装置に関し、特にそれらに適用可能な静圧気体軸受装置に関するものである。

真空中で使用されるステージ装置の従来技術として、特許文献１に開示されているエアパッドを用いた真空用スライド装置を図５に示す。同図の装置は、中央に穴を有する平面基板１０１と、基板の上、下面にそれぞれ近接し穴を介して連結された平面板からなる移動体１０２と、穴の縁周辺に設けられたエアパッド１０３と、エアパッドから排出されたエアを吸収するための、エアパッドを囲んだ３段の吸引溝１０６ａ、１０７ａ、１０８ａとを備え、移動体はエアパッドにより平面基板から浮上して移動可能に構成されている。そしてエアパッドから排出されるエアの大部分は吸引溝１０６ａ、１０７ａ、１０８ａに繋がっている、同じ太さをもつ排出口１０６ｂ、１０７ｂ、１０８ｂを通じて真空ポンプによって回収される。
特開２００１−７１８０号公報

ところで、次世代半導体露光装置などでは、上記従来技術のような移動、位置決めに用いるステージ装置の周囲を高真空に保つ必要がある。例えば電子ビーム露光装置では１．０×１０^−４Ｐａ以下にする必要がある。また現在使われているほとんどの露光装置ではガイド用軸受として運動精度が高く、クリーンでメンテナンスフリーの静圧気体軸受が採用されている。そのため、静圧気体軸受を真空中のステージ装置に用いる場合、所望の真空度を保てるように、静圧気体軸受から排出される気体を回収する必要がある。静圧気体軸受から周囲の真空に漏れる気体の量を極力減らすためには、静圧気体軸受の周りに数段の排気溝を設け、それらの排気溝をそれぞれ排気通路を通して真空ポンプに繋げ、静圧気体軸受からの排気エアを回収している。例えば上記の従来例では３段の排気溝を設けてある。排気効率を上げるには３段の各排気溝に繋がる各排気通路のコンダクタンスを大きくする必要があり、そのためには排気通路をできるだけ短く、また排気通路の断面積をできるだけ大きくする必要がある。しかし、ステージ装置の構造上、排気通路の長さを短くすることには限界があり、またコンダクタンスは長さに反比例するため、排気通路の長さが一定の場合は排気通路の断面積を大きくした方が現実的かつ効果的である。

しかしながら排気通路の断面積を大きくしすぎるとオーバースペックになるだけではなく、加工コストも高くなり、またステージ装置全体の寸法も大きくなる。さらに上記の従来例のように同じ太さの排気口だと組み立て時において、それぞれに対応したポンプに繋ぐ作業で間違ったポンプに繋いでしまうおそれがある。

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、高い排気効率を維持しながら、加工コストを低減でき、かつ組み立て時に接続間違いを起こす心配のない真空下でも使用可能なステージ装置を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するために、本発明の静圧気体軸受装置は、気体を供給され第１物体と第２物体との間に気体層を形成して第１物体に対し第２物体を移動可能に支持する静圧気体軸受部と、第１物体および／または第２物体上で該静圧気体軸受部の回りを二重以上に囲む環状の第１〜第ｎ排気溝（但し、ｎは２以上の整数）と、前記第１物体および／または第２物体内部に設けられ前記静圧気体軸受部に供給された気体をそれぞれ第１〜第ｎ排気溝を介して該物体の外部へ排気する第１〜第ｎ排気通路とを有する静圧気体軸受装置において、最外側の第ｎ排気溝に接続された第ｎ排気通路のコンダクタンスが最内側の第１排気溝に接続された第１排気通路のコンダクタンスより大きく、かつ第ｎ排気通路から前記物体外部への排気口の開口面積が第１排気通路の排気口より大きいことを特徴とする。

本発明の真空チャンバー内に配置されるステージ装置は、可動体と固定体との間に静圧気体軸受を用いたステージ装置において、前記静圧気体軸受は、該静圧気体軸受から排出される気体を回収するため静圧気体軸受面の回りに設けられた複数段の排気溝を有し、前記複数段の排気溝は、それぞれ独立した排気通路を有し、前記複数の排気通路は、前記可動体および／または固定体の内部および外部に構成され、かつ前記真空チャンバーの壁を通ってその外部に設置してある真空ポンプにそれぞれ繋がれ、少なくとも前記複数の排気通路の前記可動体および／または固定体の内部を通る部分は、前記静圧気体軸受面から一番遠い排気溝に繋がる排気通路のコンダクタンスが前記静圧気体軸受面に一番近い排気溝に繋がる排気通路より大きく、かつ前記可動体および／または固定体の内部と外部とを接続する部分は、前記静圧気体軸受面から一番遠い排気溝に繋がる排気通路の断面積が、前記静圧気体軸受面に一番近い排気溝に繋がる排気通路より大きいことを特徴とする。

一の排気通路のコンダクタンスを他の排気通路のコンダクタンスより大きくするためには、例えば断面積を他の排気通路より大きくするか、長さを他の排気通路より短くすればよい。

本発明によれば、静圧気体軸受から雰囲気に漏れるエアを高い効率で回収でき、かつ加工コストも抑制でき、組み立て時の配管間違えといったミスも無くすことができる。さらにステージ装置自体の大きさも小さくでき、このステージ装置を用いる露光装置など装置全体のコストダウンも可能である。

本発明の好ましい実施の一形態に係る真空用ステージ装置は、構造体を非接触に支持する空気軸受と、前記空気軸受の周りを囲む複数段の排気溝とを有し、前記複数段の排気溝はそれぞれ独立した排気通路を有し、前記排気通路は真空ステージの設置してある真空チャンバーの壁をフィードスルーを介して真空チャンバー外部の真空ポンプに繋がるようになっている。また、静圧気体軸受に近い排気溝から１段、２段、３段、‥‥‥、ｎ段と番号を付けると、少なくとも一番外側のｎ段目の排気溝にある排気通路のコンダクタンスを静圧気体軸受に一番近い１段目の排気溝の排気通路のコンダクタンスより大きくすることを特徴とする。さらに、排気通路の真空ステージの内部から外部に接続する部分の断面積を１段目の排気溝の排気通路よりｎ段目の排気溝の排気通路より大きくしている。
コンダクタンスを大きくするには排気通路をできる限り短くしたり、排気通路の断面積をできるだけ大きくしたりすればよい。

例えば、排気溝が３段の場合の排気通路の実際の流れの状態を考えると、１段目は粘性流、３段目は分子流、２段目は粘性流と分子流の間である中間流になることが予想される。したがって、流れの抵抗の観点から見ると、排気通路の太さが同じ場合は１、２、３段目の順に通路のコンダクタンスが小さくなるように、１、２、３段目の順に排気通路の断面積を大きくした方が排気効率がよく、また加工およびコストの面でも有利である。
本実施の形態によれば、静圧気体軸受から真空チャンバー内に漏れるエアを高い効率で回収でき、無駄な加工、組み立て時の配管間違えといったミスも無くすことができる。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
［第１の実施例］
図１は本発明の第１の実施例に係る真空ステージ装置の構成を示す。同図において、位置決め装置２００としての真空ステージ装置は、真空チャンバー１の中に設置してある。位置決め装置２００において、静圧気体軸受３でガイドされた第一可動体５と第二可動体６はそれぞれステージ定盤２の上を図１の紙面上で縦（上下）方向と横（左右）方向に移動可能である。静圧気体軸受３から排出される圧縮気体は図３に示すような構造を持つ静圧気体軸受面２１もしくはその対向面から図１のステージ装置の可動体５、６と第一可動用ガイド１０内部を通って固定体であるステージ定盤２に入り、さらにステージ定盤２から１段目の排気管７、２段目の排気管８、３段目の排気管９と真空チャンバー１の壁に開けてある穴（フィードスルー）を通ってチャンバー１の外部に設置してある不図示の真空ポンプに回収される。

ここで大事なのは、図２（ｂ）に示すように、少なくとも静圧気体軸受面に一番近い１段目の排気溝に繋がる排気通路の断面積より一番遠い排気溝に繋がる排気通路の断面積を大きくすることである。その場合、図２（ａ）に示すように、１段目から外側に行くにつれ、排気通路の断面積をだんだん大きくしても良い。

特に半導体露光装置などに用いられるステージ装置は高速高精度で駆動することが求められているため、可動体の質量はできる限り小さく、軽くする必要がある。したがって一般的には排気通路の通るステージの可動体の断面積は非常に限られている。そこで、排気通路の断面積を全部同じにすると静圧気体軸受面から一番外側の排気通路（本実施例では３段目）のコンダクタンスの大きさが不十分で、所望の真空度を達成することが困難な場合がある。したがって図２（ａ）および（ｂ）に示すように１、２段目の排気通路断面積を必要最低限に確保し、３段目の排気通路の断面積を大きくするのが最適な排気方法である。

また、ステージ装置の構造上の関係で直接可動体内部から固定体（ステージ定盤２、真空チャンバー１の壁等）内部へと排気通路を通すことのできない場合がある。この場合は可動体と固定体との間をフレクシブルな配管、例えば金属製の蛇腹、樹脂チューブ等で繋ぐ必要がある。つまり、可動体は配管を引きずって移動することになり、配管の湾曲、揺れなどが外乱となってステージ装置の位置決め精度に影響を与える。ステージ装置の位置決め精度への影響をできるだけ低減するためには、できるだけ柔らかく、かつ細い配管が望ましいが、あまり細いと排気抵抗が大きくて静圧気体軸受から排出される気体を十分に回収できない可能性がある。そこで、１、２段目の配管はできるだけ細く、３段目だけはある程度太くすることはステージ装置の位置決め精度および真空度を両立させる有効な方法である。

また、ステージ構成によっては排気通路が可動体、固定体の内部を通さず、全部フレクシブルな配管、例えば金属製の蛇腹、樹脂チューブ等で真空チャンバー壁まで繋ぐ構成も可能であるが、この場合も静圧気体軸受面に近い１段目の配管の断面積を可能な限り細く、一番外側の配管の断面積を太くすることが効率的である。

またステージ装置の構造上、排気通路の通る断面積の限られた固定体も存在し得る。この場合でも排気通路の断面積を全部同じにすると静圧気体軸受面から一番外側の排気通路（本実施例では３段目排気通路）のコンダクタンスが十分大きくならないこともあるので、図３の可動体の場合と同様に、１、２段目の排気通路断面積を必要最低限に確保し、３段目の排気通路の断面積を大きくするのが最適な排気方法である。
また、１段目から一番外側より内側の段まで同じ断面積にし、一番外側だけ断面積を十分に大きくしても良い（図２（ｂ）参照）。

真空チャンバー１の内部に漏れていく静圧気体軸受からの気体と、構造体などからのアウトガスなどはチャンバー用真空ポンプ４によって回収され、チャンバー内部はいつも所望の真空度を保つことができる。

図３に図１の真空ステージ装置に用いられる真空対応静圧気体軸受の一例を示す。静圧気体軸受部２１の周りに、静圧気体軸受から排出される気体を回収するための排気溝が２２、２３、２４と３段設けてある。本発明では排気溝２２を１段目の排気溝、排気溝２３を２段目の排気溝、排気溝２４を３段目の排気溝と呼ぶ。そしてそれぞれの排気溝は排気穴２５、２６、２７を通してステージ装置の構造体内部を通る排気通路と繋がる。

図３では排気溝の幅が１、２、３段とだんだん広くなっており、それに伴い排気穴も大きくなっている。この構成は排気効率が良いが、真空対応静圧軸受全体の寸法が大きくなってしまうので、その大きさの制約がある場合には排気溝２２、２３、２４の幅を同じにして排気穴を長穴にすればよい。

図４に排気通路が円形管で、その長さが一定の場合の１、２、３段の排気通路の管径とチャンバー圧力との関係を示す。ここで１段目の管径を変化させる場合には２、３段目の管径は固定してある。同様に、２段目の管径を変化させる場合には１、３段目の管径を固定し、３段目の管径を変化させる場合には１、２段目の管径は固定してある。図より分かるように、軸受面２１に一番近い１段目の管径を太くしてもチャンバー圧力の低減に対する効果は顕著ではない。その次に管径によるチャンバー圧力変化が少ないのは２段目である。３段目の排気通路の管径を太くした方がチャンバー圧力の低減効果が大きい。よってステージ構造体を通って真空チャンバー外部に繋がる排気通路は３段目を十分太くし、１、２段はある程度の太さだけを満たせば良い。

また、コンダクタンスを大きくする手段としては、排気通路の断面積を大きくする手段の他に、排気通路の長さを短くする手段もあるので、可能な限り、排気通路を短くするべきである。
本実施例では１、２、３段の排気溝および排気通路を有する真空ステージ装置について説明を行ったが、排気溝および排気通路の数はこれに限るものではない。例えば、必要に応じて、２段排気、もしくは４段以上排気なども考えられる。
上述の実施例によれば、静圧気体軸受から真空チャンバー内に漏れるエアを高い効率で回収でき、かつ加工コストも抑制でき、組み立て時の配管間違えといったミスも無くすことができる。さらに真空ステージ装置の大きさも小さくでき、装置全体のコストダウンも可能である。

［第２の実施例］
次に上記説明した真空ステージ装置を備えた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６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）ではデバイスのパターン設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコンやガラス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、上記用意したマスクとウエハを用いて、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７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）では上記の露光装置によってマスクの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。本実施例の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造することができる。

本発明の一実施例に係る真空ステージ装置の構成を示す図である。 図１における可動体を通る排気通路の一例を示す図である。 図１の装置で用いられる真空対応静圧気体軸受の一例を示す図である。 図１における各段の排気管径の影響について説明した図である。 従来の真空ステージ装置の構成例を示す図である。 デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。 図６におけるウエハプロセスを説明する図である。

符号の説明

１：真空チャンバー、２：ステージ定盤、３：静圧気体軸受、４：チャンバー用真空ポンプ、５：第一可動体、６：第二可動体、７：１段目の排気管、８：２段目の排気管、９：３段目の排気管、１０：第一可動体用ガイド、２０：真空対応静圧気体軸受、２１：軸受部または軸受面、２２：１段目の排気溝、２３：２段目の排気溝、２４：３段目の排気溝、２５：１段目の排気穴、２６：２段目の排気穴、２７：３段目の排気穴。

Claims (9)

1. 気体を供給され第１物体と第２物体との間に気体層を形成して第１物体に対し第２物体を移動可能に支持する静圧気体軸受部と、第１物体および／または第２物体上で該静圧気体軸受部の回りを二重以上に囲む環状の第１〜第ｎ排気溝（但し、ｎは２以上の整数）と、前記第１物体および／または第２物体内部に設けられ前記静圧気体軸受部に供給された気体をそれぞれ第１〜第ｎ排気溝を介して該物体の外部へ排気する第１〜第ｎ排気通路とを有する静圧気体軸受装置において、
   最外側の第ｎ排気溝に接続された第ｎ排気通路のコンダクタンスが最内側の第１排気溝に接続された第１排気通路のコンダクタンスより大きく、かつ第ｎ排気通路から前記物体外部への排気口の面積が第１排気通路の排気口より大きいことを特徴とする静圧気体軸受装置。
2. 前記第ｎ排気通路の断面積が前記第１排気通路より大きいことを特徴とする請求項１に記載の静圧気体軸受装置。
3. 前記第ｎ排気通路の長さが前記第１排気通路より短いことを特徴とする請求項１または２に記載の静圧気体軸受装置。
4. 真空チャンバー内に配置されるステージ装置であって可動体と固定体との間に静圧気体軸受を用いたものにおいて、
   前記静圧気体軸受は、該静圧気体軸受から排出される気体を回収するため静圧気体軸受面の回りに設けられた複数段の排気溝を有し、
   前記複数段の排気溝は、それぞれ独立した排気通路を有し、
   前記複数の排気通路は、前記可動体および／または固定体の内部および外部に構成され、かつ前記真空チャンバーの壁を通ってその外部に設置してある真空ポンプにそれぞれ繋がれ、
   前記静圧気体軸受面から一番遠い排気溝に繋がる排気通路のコンダクタンスならびに前記可動体および／または固定体の内部と外部とを接続する部分の断面積が、前記静圧気体軸受面に一番近い排気溝に繋がる排気通路より大きいことを特徴とするステージ装置。
5. 真空チャンバー内に配置されるステージ装置であって可動体と固定体との間に静圧気体軸受を用いたものにおいて、
   前記静圧気体軸受は、該静圧気体軸受から排出される気体を回収するため静圧気体軸受面の回りに設けられた複数段の排気溝を有し、
   前記複数段の排気溝は、それぞれ独立した排気通路を有し、
   前記複数の排気通路は、前記可動体および／または固定体の内部および外部に構成され、かつ前記真空チャンバーの壁を通ってその外部に設置してある真空ポンプにそれぞれ繋がれ、
   前記複数の排気通路の前記可動体および／または固定体の内部を通る部分のコンダクタンスならびに前記可動体および／または固定体の内部を外部と接続する部分の断面積が、前記静圧気体軸受面に一番近い排気溝に繋がる排気通路より大きいことを特徴とするステージ装置。
6. 前記コンダクタンスを大きくする手段として前記排気通路の断面積を大きくすることを特徴とする請求項４または５に記載のステージ装置。
7. 前記コンダクタンスをより大きくする手段として前記排気通路の長さをより短くすることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つに記載のステージ装置。
8. 請求項４〜７のいずれか１つ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。
9. 請求項８に記載の露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。

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