JP3634483B2 - ステージ装置、及びこれを用いた露光装置やデバイス生産方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種測定器及び半導体リソグラフィ工程で用いる投影露光装置等に好適な、高精度で物体の移動及び位置決めをするステージ装置、ならびにこれを用いた露光装置やデバイス生産方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来のステージ装置の構成例を示す図である。同図において、５１はステージ基盤であり、該ステージ基盤５１上にＹ方向の移動機構としてのＹステージ５２が載置されている。５３はボールねじにより回転運動を直線運動に変換しＹステージ５２を駆動するＤＣサーボモータであり、ステージ基盤５１に固定されている。５４はＹステージ５２に載置されているＸステージ、５５はボールねじ５６により回転運動を直線運動に変換しＸステージ５４を駆動するＤＣサーボモータであり、Ｙステージ５２に固定されている。１はステージ基盤５１を保持する定盤である。９ａ，９ｂはレーザ測長器用の反射ミラ−であり、Ｘステージ５４に固定されている。８ａはＸステージ５４のＸ方向の位置を検出するレ−ザ測長器の干渉計であり、取り付け台１０を介して定盤１に固定されている。１３は定盤１を支持し、装置を設置する床からの振動伝達を遮断するところのマウント部材である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成において、Ｙステージ５２及びＸステージ５４を駆動すると加減速に伴う慣性力の反力が定盤１に伝わる。ところが、移動体の加減速に伴う支持反力が定盤１に伝わると、マウント部材１３に支持された機構系の固有振動が励起され、Ｘステージ５４，Ｙステージ５２やレーザ干渉計８ａに外乱振動が伝わり、高速，高精度な送りを妨げるという課題があった。
【０００４】
これを解決するため、特開平５−７７１２６号公報では、ステージを駆動するためのリニアモータの固定子をステージ定盤とは独立して支持することで、反力を定盤に伝えないような構成としている。
【０００５】
本発明は上記課題を解決すべくなされたもので、上記特開平５−７７１２６号公報に開示の装置をより進化させた優れた装置を提供することを目的とする。具体的には、ステージの加減速に伴う反力の影響を小さくすることで、従来以上の高精度を達成したステージ装置や、該ステージ装置を用いた高精度な露光装置、デバイス生産方法などを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のステージ装置の形態の一つは、基準面を有する定盤と、該定盤を支持する支持手段と、該基準面上で移動する移動体と、該移動体を駆動する駆動手段と、該駆動手段を支持する前記定盤とは別の基台とを有し、前記移動体をガイドするガイド部材の少なくとも一部を前記基台に固設したことを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明のステージ装置の別の形態は、基準面を有する定盤と、該定盤を支持する支持手段と、該基準面上で第１の方向に移動する第１の移動体と、該第１の移動体を第１の方向に駆動する第１の駆動手段と、該第１の移動体を基準にして該第１の方向とは異なる第２の方向に移動する第２の移動体と、該第２の移動体を第２の方向に駆動する第２の駆動手段とを備え、前記定盤とは別の基台によって該第１の駆動手段及び第２の駆動手段の駆動反力を受けるようにしたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明のステージ装置の別の形態は、基準面を有する定盤と、該定盤を支持する支持手段と、該基準面上で第１の方向に移動する第１の移動体と、該第１の移動体を基準にして該第１の方向とは異なる第２の方向に移動する第２の移動体と、該第１の移動体と共に第１の方向に移動すると共に該第２の移動体を第２の方向に駆動するための駆動手段とを有し、前記第１の移動体に対して前記駆動手段を前記第２の方向に微小に変位可能に支持する支持機構を設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明の露光装置は、被露光基板を保持して位置決めするための上記いずれか記載のステージ装置と、該被露光基板に対して露光を行う露光手段を有することを特徴とするものである。ここで前記ステージの定盤を基準にして前記露光手段を設けると更に好ましい。
【００１０】
また本発明のデバイス生産方法は、上記露光装置を用いて露光を行う工程を有することを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
＜露光装置の実施例＞
ステージ装置を有する露光装置の実施の形態例を説明する。図１は本発明の平面図、図２は図１のＡ−Ｂ断面図である。図３は図１の部分的な平面図である。
【００１２】
これら図面において、１は上面に案内面を有する定盤である。２は定盤１の案内面に直交する方向に案内面を有する固定ガイドであり定盤１に固設している。３は定盤１の案内面に直交する方向に案内面ｇ１，ｇ２を有する可動ガイド（第１の移動体）であり、定盤１及び固定ガイド２の案内面に静圧軸受パッド４ａ，４ｂを設けて非接触で支持案内している。３２は被露光基板（半導体ウエハ）を真空吸着等の手段により固定するチャック、５はチャック３２を保持する移動ステージ（第２の移動体）である。また定盤１の案内面に対向して静圧軸受パッド４ｃと可動ガイド３との案内面ｇ１，ｇ２に対向して静圧軸受パッド４ｄを設けて非接触で支持案内している。静圧軸受パッド４ｃ，４ｄには磁石吸引及び真空吸着等の手段により予圧を与えている。９ａ，９ｂはレーザ測長器用の反射ミラ−であり、移動ステージ５に固設している。８ａ，８ｂは移動ステージ５の位置を検出するレ−ザ測長器の干渉計であり、取り付け台１０，取り付け基盤３１を介して定盤１と実質一体となるように固定している。移動ステージ５の測定手段である干渉計８ａ，８ｂを定盤１を基準に設けることで、定盤１が変位しても移動ステージ５の動きを正確に測定することができるようにしている。
【００１３】
また、図２に示すように、移動ステージ５の上方にマスクのパターンを基板に露光転写するための投影光学系を含む露光手段２０を設けている。そして、露光手段２０は定盤１を基準にして設けることで、ステージの駆動に伴う反力で両者の間の相対的な変位が起きないようにし、投影光学系と被露光基板との位置関係を高精度に保つようにしている。
【００１４】
１１は振動伝達を遮断するための除振機構を備えたマウント部材１３を介して定盤１を支持する基台である。６は可動ガイド３を非接触でＹ方向に駆動する２本のリニアモータであり、可動子６ａを取り付け板９を介して可動ガイド３の両端に結合し、固定子６ｂを基台１２を介して基台１１に固定している。７は移動ステージ５を非接触でＸ方向に駆動するためのリニアモータであり、可動子７ａを移動ステージ５に結合し、固定子７ｂを４枚の板ばね１４を介して可動ガイド３に結合している。１８は定盤１の案内面に略直交する方向に案内面を有し磁性体材料から成る固定ガイドであり、基台１２を介して基台１１に固設している。すなわち固定ガイド１８は定盤１とは独立して基台１１を基準にして設けている。
【００１５】
図４は固定子７ｂを可動ガイドに取り付ける機構の拡大図である。板ばね１４を、一端をリニアモータ固定子７ｂに他端を可動ガイド３に設けた固定部材１５に固定しており、同様の板バネ機構をリニアモータ７ｂの他端側にも設け、計４枚の板バネを用いている。これによって可動ガイド３に対して固定子７ｂをＸ方向にのみ微小に移動可能とする平行移動機構を構成する。この構成によって、移動ステージ５をリニアモータ７ｂでＸ方向に駆動する際の反力を板バネ機構で逃がして、可動ガイド３への力の伝達を軽減している。
【００１６】
また、１６は固定子７ｂを非接触で支持する静圧軸受パッドであり、固定ガイド１８の案内面に対向して配置し、ヒンジ１７を介して固定子７ｂに結合している。１９は静圧軸受パッド１６に予圧を与えるために設けた永久磁石である。ヒンジ１７はＸ方向に高い剛性を有し、Ｙ方向の剛性はＸ方向に比べて小さくなっている。リニアモータ７ｂによるＸ方向への反力は、ヒンジ１７及びパッド１６を介してガイド１８で支持するようになっている。すなわち、ガイド１８は可動ガイド３がＹ方向への移動する際の案内ガイドの役割と共に、リニアモータ７ｂの駆動によるＸ方向への力を支持する役割を兼ね備えている。なお、正確な位置決めは固定ガイド２を基準にしている。
【００１７】
図５はリニアモータ６の部分的な拡大図、図６は図５のＣ−Ｄの断面図である。リニアモータは、可動子６ａは磁性体材料から成り、Ｎ極とＳ極が対向する１組の永久磁石６ｃを複数個接着によって取り付け、図６の矢印Ｈで示す磁束を形成するような磁気回路としている。一方、固定子６ｂは複数個のコイル６ｄを直線上に並べて固着したもので、可動子の永久磁石６ｃが対向する空間にコイル６ｄが位置するように配置している。なお、リニアモータ７も同様の構成となっている。本実施例のリニアモータは固定子と可動子を持ちローレンツ力によって推力を発生するものであり、多極型リニアモータを用いている。
【００１８】
図７は本実施例の装置の駆動制御系を表すブロック図である。図中、１００は移動ステージ５の駆動の補償を行うコントローラ、１０１はリニアモータコイルに電流を供給するリニアモータドライバである。リニアモータドライバ１０１に各々のコイルを接続して、供給する電流量に応じて移動ステージ５をｘ及びＹ方向に駆動する。電流量は前記レーザ測長器の出力信号をコントローラ１００にフィードバックすることにより移動ステージ５の目標位置偏差に応じた値となる。
【００１９】
上記構成において、前記コントローラ１００に所定の指令信号を入力することで移動ステージ５を駆動する。この時、移動ステージ５のＹ方向駆動の加減速に伴う慣性力は、Ｙ方向の反力としてリニアモータの固定子６ｂを介して基台１２に伝わるが、この力は基台１１で受けるため定盤１には反力は伝わらない。また、移動ステージ５のＸ方向駆動の加減速に伴う慣性力は、Ｘ方向の反力としてリニアモータの固定子７ｂに伝わり、ヒンジ１７，静圧軸受パッド１６，固定ガイド１８を介して基台１２に伝わるが、この力は基台１１で受けるため定盤１に反力は伝わらない。反力は基台１１と基台１２の固有振動を励起するが、マウント部材１３によって定盤１への振動伝達を遮断する。したがってＸＹいずれの方向に移動においても、マウント部材１３で支持した機構系の固有振動を励起することなく、移動ステージ５やレーザ干渉計８ａ及び８ｂに外乱振動が伝わることがない。
【００２０】
また、リニアモータの固定子６ｂがＹ方向に振動すると、コイル６ｄに誘導電圧が生じるが、前記リニアモータドライバ１０１がコイル６ｄに流れる電流量をコントローラ１００からの指令信号に応じた値に制御するため、可動子６ａに伝わる駆動力は前記指令信号に応じた値に保つことができる。また、固定子６ｂのＹ方向以外の振動は非接触であるため可動子６ａに伝わらない。固定ガイド１２の振動については、静圧軸受パッド１６及びヒンジ１７を介してＸ方向の振動成分のみリニアモータ７の固定子７ｂに伝わるが、前記リニアモータ６と同様に固定子７ｂがＸ方向に振動しても可動子７ａに伝わる駆動力は指令信号に応じた値に保つことができる。
【００２１】
以上のように、移動ステージ５の加減速に伴う慣性力の反力を定盤とは別の基台で支持することにより、移動ステージ５やレーザ干渉計８ａ，８ｂを支持する定盤１に力（慣性力）を伝えることがなく、また基台１１の振動を移動ステージ５に伝えることがないため、外乱振動となる各種固有振動の励起を小さくすること可能で、高速且つ高精度な位置決めが可能なステージ装置を達成できる。
【００２２】
なお、上記構成においては、リニアモータ７の固定子７ｂを４枚の板ばね１４で構成する１軸弾性案内機構を用いて可動ガイド３に装着しているが、Ｘ方向のみに移動可能な構成であれば静圧案内あるいは転がりや滑り案内等の他の方式を用いて装着しても同等の効果が得られる。静圧案内は非接触（摩擦レス）で固定子７ｂを支持するため、固定子７ｂのＸ方向の振動が可動ガイド３に全く伝わらず、外乱振動を遮断することが容易となる。また、転がりや滑り案内は、摩擦抵抗を小さくすることにより、可動ガイド３に伝わる固定子７ｂのＸ方向の振動を遮断することが充分可能であり、簡単な構成でコストを抑えことができる。
【００２３】
また、可動ガイド３及び移動ステージ５の案内方式に静圧軸受を用いているが、転がりや滑り軸受等の他の方式であっても移動ステージ５の移動に伴う摩擦等の変動力を充分に抑えた構成であれば、移動ステージ５の移動に伴う慣性力を定盤１に伝えることなく、また基台１１の振動を移動ステージ５に伝えなくすることが可能であり、簡単な構成で装置コストを抑えることができる。
【００２４】
更に、振動伝達を遮断するマウント部材１３を支持方向にレベリング機能を有するサーボマウント（いわゆるアクティブダンパ）で構成することも可能である。定盤１は移動ステージ５の移動に伴い各軸（ｘ，ｙ，ｚ軸）回りのモーメント慣性力を可動ガイド３及び移動ステージ５の案内部を介して若干受け、基台１１に対し若干の相対的な振動を生じるが、サーボマウントによってこの振動を抑えて基台１１に対する相対位置を常に一定に保つことができる。
【００２５】
＜デバイス生産方法の実施例＞
次に上記説明した露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
【００２６】
図８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）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路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なう。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。
【００２７】
図９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）では上記説明した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なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００２８】
本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに製造することができる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１乃至１２の発明のステージ装置によれば、ステージの加減速に伴う反力がステージの位置決め精度に影響することを極力小さくすることで、従来以上の高精度を達成したステージ装置を提供することができる。
【００３０】
特に、請求項１記載の発明によれば、ガイド部材の少なくとも一部を基台に固設したことにより、駆動手段の駆動反力を基台で支持するため定盤を振動させることが無く、従来に増して高精度なステージ装置を提供することができる。
【００３１】
請求項２記載の発明によれば、第１の駆動手段及び第２の駆動手段の駆動反力を共に基台で受けるようにしたことにより、移動体を第１、第２のいずれの方向に駆動しても駆動反力が定盤に伝わらず、従来に増して高精度な２次元ステージ装置を提供することができる。
【００３２】
請求項３及び４記載の発明によれば、支持機構によって定盤と基台との相対位置変動を吸収できるため、従来に増して高精度な２次元ステージ装置を提供することができる。
【００３３】
請求項５記載の発明によれば、ヒンジ機構によって、定盤と基台との相対位置変動を吸収することができるため、従来に増して高精度な２次元ステージ装置を提供することができる。
【００３４】
請求項１３乃至１５の発明によれば、上記ステージ装置を用いた高精度な露光装置やデバイス生産方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の構成を示す平面図
【図２】図１のＡ−Ｂ断面図
【図３】図１の一部分を示す平面図
【図４】部分的な斜視図
【図５】部分的な拡大図
【図６】図５のＣ−Ｄ断面図
【図７】制御系のブロック図
【図８】デバイス生産方法のフローを示す図
【図９】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図
【図１０】従来例の構成を示す図
【符号の説明】
１ 定盤
２ 定盤側の固定ガイド
３ 可動ガイド（第１の移動体）
４ 静圧軸受パッド
５ 移動ステージ（第２の移動体）
６ 第１の駆動手段
６ａ リニアモータ可動子
６ｂ リニアモータ固定子
７ 第２の駆動手段
７ａ リニアモータ可動子
７ｂ リニアモータ固定子
８ レーザ干渉計（計測手段）
１１ 基台
１２ 基台
１３ マウント部材（支持手段）
１４ 板ばね
１６ 静圧軸受パッド
１８ 基台側の固定ガイド
１９ 永久磁石
２０ 投影光学系を含む露光手段

Claims (15)

1. 基準面を有する定盤と、該定盤を支持する支持手段と、該基準面上で移動する移動体と、該移動体を駆動する駆動手段と、該駆動手段を支持する前記定盤とは別の基台とを有し、前記移動体をガイドするガイド部材の少なくとも一部を前記基台に固設したことを特徴とするステージ装置。
2. 基準面を有する定盤と、該定盤を支持する支持手段と、該基準面上で第１の方向に移動する第１の移動体と、該第１の移動体を第１の方向に駆動する第１の駆動手段と、該第１の移動体を基準にして該第１の方向とは異なる第２の方向に移動する第２の移動体と、前記第１の移動体と共に前記第１の方向に移動する共に前記第２の移動体を第２の方向に駆動する第２の駆動手段とを備え、前記定盤とは別の基台に固定されたガイド部材によって該第２の駆動手段の駆動反力を受けるよう前記第２の駆動手段がガイドされることを特徴とするステージ装置。
3. 基準面を有する定盤と、該定盤を支持する支持手段と、該基準面上で第１の方向に移動する第１の移動体と、該第１の移動体を基準にして該第１の方向とは異なる第２の方向に移動する第２の移動体と、該第１の移動体と共に第１の方向に移動すると共に該第２の移動体を第２の方向に駆動するための駆動手段とを有し、前記第１の移動体に対して前記駆動手段を前記第２の方向に変位可能に支持する支持機構を設けたことを特徴とするステージ装置。
4. 前記支持機構は、バネ機構、静圧案内機構、転がり案内機構、滑り案内機構のいずれかを有することを特徴とする請求項３記載のステージ装置。
5. 前記駆動手段と前記基台に固設したガイド部材との間に位置する軸受パッドと、該軸受パッドと第２駆動手段との間を結合するヒンジ機構を有することを特徴とする請求項３または４記載のステージ装置。
6. 前記移動体の移動を計測する計測手段を有し、該計測手段の少なくとも一部を前記定盤に実質一体に設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載のステージ装置。
7. 前記計測手段はレーザー干渉計を有し、レーザー干渉計本体を定盤に実質一体に設け、干渉計ミラーを移動体と一体に設けたことを特徴とする請求項６記載のステージ装置。
8. 前記駆動手段は、リニアモータを有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載のステージ装置。
9. リニアモータは固定子と可動子を有し、ローレンツ力により推力を発生するモータであることを特徴とする請求項８記載のステージ装置。
10. 前記移動体を静圧軸受を介して支持することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか記載のステージ装置。
11. 前記支持手段は除振機構を有するマウント部材を有することをを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか記載のステージ装置。
12. 前記支持手段は、サーボマウント機構を有することを特徴とする請求項１１記載のステージ装置。
13. 被露光基板を保持して位置決めするための請求項１乃至１２のいずれか記載のステージ装置と、該被露光基板に対して露光を行う露光手段を有することを特徴とする露光装置。
14. 前記ステージの定盤を基準にして前記露光手段を設けたことを特徴とする請求項１３記載の露光装置。
15. 請求項１３又は１４記載の露光装置を用いて露光を行う工程を有することを特徴とするデバイスを生産方法。

Images