JP2014192254A - ステージ装置、リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 微動ステージの位置によらず、微動ステージを高精度に駆動できるステージ装置を提供する。
【解決手段】 ステージ装置は、粗動ステージと、該粗動ステージの表面に垂直な第１方向に前記粗動ステージから間隔をおいて配置された微動ステージと、前記粗動ステージおよび前記微動ステージの一方に配置された第１のコアと前記粗動ステージおよび前記微動ステージの他方に配置された第２のコアとを含み前記第１方向に直交する第２方向に前記微動ステージを加減速する電磁アクチュエータと、前記電磁アクチュエータを制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記微動ステージの前記粗動ステージに対する前記第１方向における相対位置に応じて前記電磁アクチュエータの前記第２方向における推力の指令値を補正する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ステージ装置、リソグラフィ装置及びデバイス製造方法に関する。

半導体露光装置は高い生産性と微細化が要求され、これに伴い基板や原版を搭載して駆動するステージも、高速かつ高精度な駆動が求められている。露光装置のステージは、長ストロークの駆動を行う粗動ステージの上に、基板や原板を保持して６軸駆動が可能な微動ステージが構成されている。より高精度な駆動が求められる微動ステージには、高効率で低発熱かつ高精度にステージを駆動することができるアクチュエータが必要になる。そのような特徴を有するアクチュエータとして、電磁石の原理を用いた電磁アクチュエータがあり、微動ステージのアクチュエータとして使用されている。

電磁アクチュエータは、電磁石と磁性材を僅かなギャップを有して対向するように配置される。粗動ステージおよび微動ステージの一方に電磁石を、他方に磁性材をそれぞれ配置し、磁力により発生する吸引力が電磁アクチュエータの推力となる。ステージを高加速度で駆動する際、電磁アクチュエータが発生する推力により、微動ステージを粗動ステージに追従駆動させる。

電磁アクチュエータの発生推力は、発生した磁束の２乗に比例することが知られている。特許文献１、２に記載の従来技術では、電磁石内で発生した磁束をコイルにより検出し、電磁石が発生する推力が目標とする推力となるよう、フィードバック制御を行っている。

特開２００７−２７３３１号 特開２００３−１６８７２１号

電磁アクチュエータが発生する推力は、電磁石と磁性材との対向面積に依存する。特許文献１、２に記載の制御方法では、コイルで検出した磁束から電磁アクチュエータの推力を正しく算出するために、電磁石と磁性材との対向面積を一定にする必要がある。電磁アクチュエータの推力を正しく算出できない場合、アクチュエータの制御部も正しく推力を制御することができないため、微動ステージに目標とする推力を供給できず、駆動精度も低下してしまう。

ｘ方向またはｙ方向に沿って電磁石と磁性材が対向していると、電磁石又は磁性材が配置されている微動ステージのｚ方向の駆動により、電磁石と磁性材との対向面積が変化してしまう。よって、微動ステージをｚ方向に駆動したときには、電磁アクチュエータの推力を正しく制御することができない。そのため、ｘ方向、ｙ方向に微動ステージを高加速度かつ高精度に駆動させることができない。微動ステージ上に搭載されている露光量計測センサやリファレンスマークをレンズのベストフォーカス面へ合わせるときや、搬送装置からステージに基板を受け渡すときは、微動ステージがｚ方向へ駆動する。よって、このような場合、微動ステージの駆動精度を低下させないために、ｘ方向、ｙ方向の駆動加速度を落とす等の対処が必要だった。これが、露光装置のスループットアップの弊害となっていた。

そこで、本発明は、微動ステージの位置によらず、微動ステージを高精度に駆動できるステージ装置を提供することを目的とする。

本発明は、粗動ステージと、該粗動ステージの表面に垂直な第１方向に前記粗動ステージから間隔をおいて配置された微動ステージと、前記粗動ステージおよび前記微動ステージの一方に配置された第１のコアと前記粗動ステージおよび前記微動ステージの他方に配置された第２のコアとを含み前記第１方向に直交する第２方向に前記微動ステージを加減速する電磁アクチュエータと、前記電磁アクチュエータを制御する制御部と、を備えたステージ装置であって、前記制御部は、前記微動ステージの前記粗動ステージに対する前記第１方向における相対位置に応じて前記電磁アクチュエータの前記第２方向における推力の指令値を補正する、ことを特徴とする。

本発明によれば、微動ステージの位置によらず、微動ステージを高精度に駆動できるステージ装置を提供することができる。

電磁アクチュエータ制御ブロック図である。 電磁アクチュエータの図である。 微動ステージの制御ブロック図である。 ステージ装置のｘ−ｚ断面図である。 ステージ装置のｘ−ｚ断面図である。 磁束指令値への補正量である。 ステージ装置の図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。図７は本発明の一実施形態の露光装置で基板や原版を保持するステージ装置の図である。本実施形態では、本発明に係るステージ装置を露光装置に使用するが、インプリント装置等、原版のパターンを基板に形成する他のリソグラフィ装置に使用可能である。ｙ粗動ステージ１１は、ｙ粗動ステージ１１との案内面が鏡面加工された定盤１２及びヨーガイド１３と不図示の静圧案内を用いて、ｙ方向に駆動する。ｘ粗動ステージ１５は、不図示の静圧案内が定盤１２上でｙ粗動ステージ１１をｙ方向に挟み込むように構成されており、ｙ粗動ステージ１１に沿ってｘ方向に駆動する。

ｙ粗動ステージ１１を駆動するためのリニアモータは、コイルで構成されるｙリニアモータ可動子２３ａ，２３ｂで構成される。ｙ粗動ステージ１１は、連結版２５ａ，２５ｂによってｙリニアモータと結合されている。ｙ粗動ステージ１１は、不図示の制御系とこのリニアモータにより位置決め制御される。同様に、ｘ粗動ステージ１５を駆動するためのリニアモータ２７は、ｙ粗動ステージ１１上に設けられたｘ粗動リニアモータ固定子と、不図示のｘ粗動リニアモータ可動子とで構成される。ｘ粗動ステージ１５のｘ方向の位置は、ｘ粗動リニアモータ２７と不図示の制御系とを用いて制御される。

ｘ粗動ステージ１５からｚ方向に間隔をおいてｘ微動ステージ１４が配置されている。ｘ粗動ステージ１５とｘ微動ステージ１４との間には、ｘ、ｙ、ｚ方向にそれぞれ駆動力を発生させる微動ｘリニアモータ３１ａ，３１ｂ、微動ｙリニアモータ３２ａ，３２ｂ、微動ｚリニアモータ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが配置されている。これらのリニアモータ３１〜３３は、軸毎に独立した制御系により６軸（ｘ、ｙ、ｚ方向及び各軸周りの回転方向）に制御される。ここで、ｚ方向は、ｘ粗動ステージ１５の表面に垂直な方向（第１方向）とし、ｘ方向、ｙ方向は、この第１方向と直交する第２方向である。

ｘ粗動ステージ１５とｘ微動ステージ１４との間には、電磁アクチュエータ４１，４２が構成され、電磁石の作用による吸引力が発生する。電磁アクチュエータ４１ａ，４１ｂはｘ方向に、電磁アクチュエータ４２ａ，４２ｂはｙ方向に、それぞれ吸引力を発生させる。

図２に、電磁アクチュエータ４１，４２の構成を示す。電磁アクチュエータ４１，４２は、電磁石の役割をはたすＥコア５２（第１のコア）と、磁性材であるＩコア５１（第２のコア）とで構成されている。Ｅコア５２にコイル５３を巻きつけて電流を流すことで磁束が発生し、Ｅコア５２とＩコア５１とに磁極が発生する。Ｅコア５２とＩコア５１との間に発生する磁力による吸引力が、電磁アクチュエータ４１，４２の推力になる。Ｅコア５２およびＩコア５１の一方はｘ粗動ステージ１５に、他方は微動ステージ１４に配置される。Ｅコア５２には、磁束検出用のコイル５４が構成されている。磁束検出用のコイル５４には、磁束の時間変化分が誘起電圧として発生し、これを積分することで電磁アクチュエータ４１，４２に発生する磁束が検出できる。電磁アクチュエータ４１，４２の推力が磁束の二乗に比例することを利用することで、電磁アクチュエータ４１，４２の推力が算出される。

図３に、電磁アクチュエータ４１，４２の推力が寄与する微動ステージ１４のｘ、ｙ方向の位置の制御ブロック図を示す。微動ステージ１４の位置は、レーザ干渉計やエンコーダ等の位置計測器３７により計測される。ＰＩＤ制御等の制御部３８は、微動ステージ１４の位置と指令値３４との差分である偏差から、リニアモータ３１，３２，３３への指令値φをフィードバック制御により算出する。電磁アクチュエータ制御部３６から出力される電磁アクチュエータ４１，４２の推力は、微動ステージ１４の加減速時にのみ微動ステージ４１，４２に供給される。電磁アクチュエータの推力４１，４２の目標値Ｆは、式１により算出される。ここで、ｍは微動ステージ４１，４２の質量（ｋｇ）、ａは微動ステージ４１，４２の加速度（ｍ／ｓ２）である。
Ｆ＝ｍ×ａ・・・(１)

演算部３５は、電磁アクチュエータ４１，４２の推力が磁束の二乗に比例することを用いて磁束指令値ＸＪ１を演算し、電磁アクチュエータ制御部（制御部）３６に磁束指令値ＸＪ１を出力する。電磁アクチュエータ４１，４２の推力が変化した状態で、微動ステージ１４をｘ方向またはｙ方向に駆動した場合、微動ステージ１４のリニアモータ３１，３２で電磁アクチュエータ４１，４２の推力の変化分を補う。よって、リニアモータ３１，３２への指令値φは変化する。

リニアモータ３１，３２は、微動ステージ１４のｘ方向、ｙ方向のｎｍオーダの精密な位置を制御し、電磁アクチュエータ４１，４２は、加減速に必要な推力を印加するために用いられている。これにより、高加速度で微動ステージ１４を粗動ステージ１１，１５に追従させ、かつ、露光時はｎｍオーダで微動ステージ１４の位置決めを可能にしている。

図１に、図２に示す電磁アクチュエータ制御部３６の詳細を示す。電磁アクチュエータ制御部３６は、磁束検出コイル５４で電磁アクチュエータ４１，４２から発生した磁束を検出し、その値を積分器４２３に入力することで磁束の検出結果を得る。加算器４２４は、磁束指令値ＸＪ１と検出した磁束との差分である磁束誤差を算出する。増幅器４２５は、この磁束誤差にゲインを乗じて、電圧ドライバ４２６に指令値を送る。電磁アクチュエータ４１，４２のコイル５３には、電圧ドライバ４２６により電圧が印加され、コイル５３に電流が流れることで吸引力による推力が発生する。電磁アクチュエータ制御部３６は、電磁アクチュエータ４１，４２の推力が磁束の二乗に比例することを利用して磁束を制御することで、等価的に推力を制御することになる。

本発明の特徴は、磁束指令値（推力の指令値）ＸＪ１を微動ステージ１４のｘ粗動ステージ１５に対するｚ方向における相対位置に応じて補正することにある。以下の実施例で、磁束指令値ＸＪ１の補正方法を具体的に示す。

図４は、図１の微動ステージ１４とｘ粗動ステージ１５とのｘ−ｚ平面による断面図である。図４では、ｘ粗動ステージ１５に電磁石（Ｅコア）５２を、微動ステージ１４に磁性材（Ｉコア）５１をそれぞれ配置しているが、その逆の組み合わせも可能である。式２に示されるように、磁性材５１のｚ方向の長さβと電磁石５２のｚ方向の長さγとの差の絶対値が微動ステージ１４のｚ方向の可動範囲αよりも小さくなるよう設定する。

｜β−γ｜＜α・・・(２)
式２を満たすようにすることにより、微動ステージ１４のｚ方向への駆動で、電磁石５２と磁性材５１との対向面積が変化する区間を設ける。（図５）
電磁アクチュエータ４１，４２が発生する推力と電磁石５２と磁性材５１との対向面積との関係は、以下の式３で定式化できることが知られている。ここで、Ｆは推力、Ｋは電磁石、磁性材の透磁率、ギャップ等で決まる係数、Ｉは電流、Ｓは対向面積である。
Ｆ∝Ｋ×Ｉ２×Ｓ・・・(３)

式３において推力の算出には対向面積が必要である。電磁アクチュエータ４１，４２に目標とする推力を発生させるためには、微動ステージ１４のｚ方向の位置と対向面積との関係を正確に測定する必要がある。しかしながら、ステージ装置においてその関係を正確に測定することは難しい。

実施例１では、微動ステージ１４のｚ方向の位置の変化に起因する推力の変動が、図３に示すリニアモータ制御部３８のリニアモータ３１，３２への指令値φに現われることを利用し、微動ステージ１４のｚ方向の位置に応じて磁束指令値ＸＪ１を補正する。次に、磁束指令値ＸＪ１への補正量（補正係数）の算出方法に関して、具体的に説明する。

まず、対向面積が一番大きくなるｚ方向の位置で微動ステージ１４をｘ方向又はｙ方向に駆動させ、加速度が最大又は最小となったときの、微動ステージ１４のリニアモータ３１，３２への指令値φを参照データとして保存する。微動ステージ１４をｘ方向に駆動した場合は、ｘリニアモータ３１への指令値を、ｙ方向に駆動した場合はｙリニアモータ３２への指令値を保存する。

次に、微動ステージ１４のｚ方向の位置を変化させ、同様の駆動条件で微動ステージ１４を駆動させる。このときの最大電流値が、対向面積が一番大きくなるｚ方向で微動ステージ１４をｘ方向、ｙ方向に駆動させたときの指令値と同等の値になるよう、補正量４３を調整する。補正量４３は、磁束指令値ＸＪ１に対して乗じられる。

複数のｚ方向の位置で同様の測定を行い、ｚ方向の任意の位置における電磁アクチュエータ４１，４２への電流の補正量４３の情報を生成する。補正量４３の情報は、ｚ方向の位置によるテーブルとして用いてもよいし、測定結果から近似式を算出することで用いても良い。補正量の情報の一例を、図６に示す。ｚ方向の位置が、対向面積が最大となる位置から離れる程、大きな補正量となる特徴がある。

微動ステージ１４のｚ方向の位置を変化させても、対向面積が変わらない区間では補正量は１となる。対向面積が変化する区間では、微動ステージ１４の位置に応じて補正量を磁束指令値に乗じる。例えば図６において、ｚ方向の位置が−４ｍｍとなった場合、予め求めたテーブルもしくは近似式から参照される補正量Ｃを、磁束指令値に乗じる。

電磁アクチュエータ４１，４２の推力の変動は、図３の微動ステージ１４の制御ブロックの指令値３４と微動ステージ１４の位置の差分である制御偏差の変動としても観測される。よって、実施例１と同様に、対向面積が一番大きくなるｚ方向の位置で、微動ステージ１４をｘ方向又はｙ方向に駆動させ、加速度が最大もしくは最小となったときの制御偏差を参照データとして保存する。実施例１と同様、ｘ方向に駆動した場合は、ｘ方向の偏差、ｙ方向に駆動した場合はｙ方向の制御偏差を保存する。

微動ステージ１４の位置をｚ方向に変化させ、同様の条件で微動ステージ１４をｘ方向またはｙ方向に駆動させる。このときの最大偏差が、対向面積が一番大きくなるｚ方向の位置での最大偏差と同等の値になるよう、補正量４３を調整する。ｚ方向の複数の位置で同様の測定を行い、ｚ方向の任意の位置における補正量４３の情報を生成する。補正量４３の情報は、ｚ方向の位置によるテーブルとして用いても良いし、測定結果から近似式を算出することで用いても良い。

［デバイス製造方法］
次に、デバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。半導体デバイスは、ウエハに集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程を経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、ウエハを現像する工程を含む。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）を含む。液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、ガラス基板を現像する工程を含む。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

Claims (8)

1. 粗動ステージと、該粗動ステージの表面に垂直な第１方向に前記粗動ステージから間隔をおいて配置された微動ステージと、前記粗動ステージおよび前記微動ステージの一方に配置された第１のコアと前記粗動ステージおよび前記微動ステージの他方に配置された第２のコアとを含み前記第１方向に直交する第２方向に前記微動ステージを加減速する電磁アクチュエータと、前記電磁アクチュエータを制御する制御部と、を備えたステージ装置であって、
   前記制御部は、前記微動ステージの前記粗動ステージに対する前記第１方向における相対位置に応じて前記電磁アクチュエータの前記第２方向における推力の指令値を補正する、ことを特徴とするステージ装置。
2. 前記第１のコアの前記第１方向の長さと前記第２のコアの前記第１方向の長さとの差の絶対値は、前記相対位置の変化する範囲の大きさよりも小さい、ことを特徴とする、請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記制御部は、前記相対位置と前記指令値の補正量との関係を示す情報に基づいて前記指令値を補正する、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。
4. 前記微動ステージを前記第２方向に位置決めするリニアモータをさらに備え、
   前記情報は、前記相対位置を変化させながら前記微動ステージを前記第２方向に沿って駆動させたときの前記リニアモータの前記第２方向における推力の指令値を用いて生成される、ことを特徴とする請求項３に記載のステージ装置。
5. 前記情報は、前記相対位置を変化させながら前記微動ステージを前記第２方向に沿って駆動させたときの前記微動ステージの制御偏差を用いて生成される、ことを特徴とする請求項３に記載のステージ装置。
6. 前記第１のコアはＥコアであり、前記第２のコアはＩコアであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のステージ装置。
7. 原版のパターンを基板に形成するリソグラフィ装置であって、
   前記原版および前記原版の少なくともいずれかを保持する請求項１ないし６のいずれか１項に記載のステージ装置を備える、ことを特徴とするリソグラフィ装置。
8. 請求項７に記載のリソグラフィ装置を用いて基板にパターンを形成する工程と、
   前記工程でパターンが形成された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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