JP2001148336A - テーブル駆動装置、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造体の固有振動数を上げ、高速高精度なテ
ーブル駆動装置を提供する。 【解決手段】 基板を保持して移動可能なテーブルと、
該テーブルを支持するサブテーブルと、該サブテーブル
を支持するベースと、該テーブルを該サブテーブルに対
して駆動するテーブル駆動手段と、該サブテーブルを該
ベースの基準面に沿って駆動するサブテーブル駆動手段
と、該テーブルと該ベースとの間で力を発生するアクチ
ュエータとを有することを特徴とし、直接的にテーブル
とベースとの間で力の伝達が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種測定器、加工
器および半導体リソグラフィ工程で用いる半導体露光装
置などに用いられ、目的物を高速・高精度で移動し、位
置決めをするテーブル駆動装置に関し、さらに、これを
用いた露光装置およびデバイス製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の６軸ウエハステージの斜
視図である。

【０００３】この実施例では、静圧ＸＹステージのＸス
テージ上に４軸静圧θＺＴステージが搭載されている。
同図において、１５５は基準面を有するベース、１５４
はベース上の基準面をＹ方向に移動可能なＹステージ、
１５１はベース上の基準面上でＹステージに対してＸ方
向に移動可能なＸステージである。

【０００４】図６に従来の４軸静圧θＺＴステージの概
略図を示す。同図において、１５１は上述したＸステー
ジ、１０４はウエハを保持するウエハチャックを具備し
たテーブルである。１０５はＺ方向に力を発生するＺリ
ニアモータであり、テーブルをＸステージに対してＺ方
向に駆動する。また、不図示であるがθ方向に力を発生
するθリニアモータがあり、テーブルをＸステージに対
してθ方向に駆動する。１０２はＸステージ側に設けら
れた固定部材、１０３はテーブル側に設けられた案内部
材であり、テーブル１０４をＸステージに対してＺ方
向、θｚ方向、チルト方向（θｘ、θｙ）の４軸に移動
可能に支持する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】位置決め装置を高速化
させるためには、構造体の固有振動数を向上させる必要
がある。しかし、上述した６軸ウエハステージのように
水平自由度を有するＸＹステージにＺθＴステージを搭
載するような単なる段重ね構造にすると、装置全体の固
有振動数の向上は困難である。

【０００６】本発明は、上記の課題を解決し、構造体の
固有振動数を上げ、高速高精度なテーブル駆動装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のテーブル駆動装置は、基板を保持して移動
可能なテーブルと、該テーブルを支持するサブテーブル
と、該サブテーブルを支持するベースと、該テーブルを
該サブテーブルに対して駆動するテーブル駆動手段と、
該サブテーブルを該ベースの基準面に沿って駆動するサ
ブテーブル駆動手段と、該テーブルと該ベースとの間で
力を発生するアクチュエータとを有することを特徴とす
る。

【０００８】また、前記アクチュエータは、電磁石を有
することが望ましく、前記ベースの基準面と垂直な方向
に力を発生することが望ましい。

【０００９】また、前記テーブル駆動手段は、リニアモ
ータであることが望ましく、前記ベースの基準面と平行
な方向に力を発生することが望ましい。

【００１０】また、該サブテーブル駆動手段は、ボール
ネジまたはリニアモータであることが望ましい。

【００１１】また、前記テーブルの位置を計測するため
のテーブル位置計測手段と、前記サブテーブルの位置を
計測するためのサブテーブル位置計測手段とを有するこ
とが望ましく、前記テーブル位置計測手段と前記サブテ
ーブル位置計測手段は、前記ベースと振動的に独立的に
して配置されていることが好ましい。

【００１２】また、サブテーブルに対するテーブルの支
持は、テーブルがサブテーブルに近づくと反発するよう
な剛性を備えた機構による支持であることが望ましい。
また、前記アクチュエータは、前記テーブルが前記ベー
スに近づくと、近づく方向の力が強くなるようなアクチ
ュエータであることが望ましい。また、前記サブテーブ
ルは、前記ベースに対して静圧軸受けによって支持され
ていることが好ましい。

【００１３】また、前記テーブル駆動手段と前記アクチ
ュエータのうちの少なくとも一方に冷却機構を設けるこ
とが望ましい。

【００１４】また、上記ののテーブル駆動装置を有する
露光装置およびデバイス製造方法も本発明の範疇に入
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】＜実施形態１＞図１に本発明のテ
ーブル移動装置の実施形態の概略図を示す。

【００１６】１はウエハ、２はウエハ１を保持するウエ
ハチャック、５はウエハチャック２を保持するテーブル
である。３は、テーブル５のＸ方向の位置計測を行うた
めのＸレーザ干渉計から照射されるレーザ光６０を反射
するためのＸミラーであり、テーブル５に固定されてい
る。Ｘレーザ干渉計は、基準６５に設けられているた
め、テーブル５の位置計測は、基準６５に対して位置計
測される。テーブル５のＹ方向およびθｚ方向の基準６
５に対する位置計測も、同様の方法でＹレーザ干渉計お
よびθｚレーザ干渉計を用いて計測している（不図
示）。

【００１７】１１は、ＸＹ平面に平行な基準面を有する
ベースである。６は、ベース１１上を水平方向（Ｘ、
Ｙ）に移動可能なサブテーブルである。サブテーブル
は、ベース１１の基準面に対して空気静圧軸受用パッド
１０により非接触支持されており、Ｚ方向およびチルト
方向（θｘ、θｙ）方向の変動が少ない状態で、ベース
１１上のＸＹ方向を滑らかに動くことができる。７は、
サブテーブル６のＸ方向の位置計測を行うためのサブＸ
レーザ干渉計から照射されるレーザ光６１を反射するた
めのサブＸミラーであり、サブテーブル７に固定されて
いる。サブＸレーザ干渉計は、基準６５に設けられてい
るため、サブテーブル７の位置計測は、基準６５に対し
て位置計測される。サブテーブル７のＹ方向およびθｚ
方向の基準６５に対する位置計測も、同様の方法でサブ
Ｙレーザ干渉計およびサブθｚレーザ干渉計を用いて計
測している（不図示）。サブテーブル７は、ボールネジ
やリニアモータ等で構成される大出力アクチュエータを
用いたＸＹテーブルで構成され、ベースの基準面と平行
なＸ方向およびＹ方向に極めて高速に移動することがで
きる。

【００１８】４０ｘは、テーブル５とサブテーブル６と
の間にＸ方向の駆動力を発生させるＸリニアモータであ
る。４０ｙは、テーブル５とサブテーブル６との間にＹ
方向の駆動力を発生させるＹリニアモータであり、２個
設けられている。Ｘリニアモータ４０ｘとＹリニアモー
タ４０ｙは、発生させる駆動力の方向が異なるものの、
同様な構成であるので、以下ではＸリニアモータ４０ｘ
のみの構成を説明する。

【００１９】３０、３１は、極性の異なる永久磁石であ
り、互いに対向して配置されている。３２はヨークであ
る。３３は上記の磁石等をテーブル５に取り付け固定す
るための取り付け金具であり、装置全体の固有振動数を
下げないように合成の高い構成となっている。また、３
７は電流を流すコイル、３８はコイルを保持するコイル
ホルダであり、サブテーブル６に取り付け固定されてい
る。コイルに電流を流すと、ローレンツ力がテーブル５
とサブテーブル６との間に働く。コイルに電流を流すこ
とにより、コイルは発熱するが、その発熱量を押さえる
ため、コイルホルダ内に冷却水を流しコイルを冷却でき
る構成になっている。

【００２０】Ｘリニアモータ４０ｘおよびＹリニアモー
タ４０ｙによってテーブル５とサブテーブル６との間に
駆動力を発生させることで、テーブル５はサブテーブル
６に対してＸ方向、Ｙ方向およびθｚ方向に駆動され
る。また、Ｘリニアモータ４０ｘおよびＹリニアモータ
４０ｙは、非接触アクチュエータとして機能するので、
サブテーブル６の挙動はテーブル５には伝達されない。

【００２１】上記リニアモータ４０ｘ、４０ｙと、前述
したＸレーザ干渉計の出力値およびＹ・θｚレーザ干渉
計の出力値を用いたフィードバック制御系を構成するこ
とにより、サブテーブル６６挙動に関係なく、テーブル
５のＸＹθｚ方向に正確な位置決めをすることができ
る。

【００２２】また、前述したサブテーブル６をＸ方向お
よびＹ方向に駆動するための２自由度大出力アクチュエ
ータと、サブＸレーザ干渉計の出力とサブＹレーザ干渉
計の出力値を用いたフィードバック制御系を構成するこ
とにより、サブテーブル６を任意の目標位置に位置決め
することができる。

【００２３】２５は、テーブル５の自重を支持するため
のテーブル自重支持系である。２０、２０’は、同一極
性を有する永久磁石である。２１は磁石２０’をサブテ
ーブル６に固定するための磁石調整具で、サブテーブル
６に取りつけられる。２２は、磁石２０をテーブル５に
保持するための磁石保持具であり、テーブル５に固有振
動数を落とさないような構成で取りつけられる。磁石２
０、２０’は、互いに同一の磁極を対向させているの
で、磁石間に反発力が発生している。テーブル自重支持
系２５は、この反発力を利用してテーブル５の自重を支
持している。テーブル５は、３個の自重支持系によって
支持されているが、図１においては、便宜上２個の自重
支持系２５ａ、２５ｂのみ図示している。なお、テーブ
ル自重支持系は、テーブルの重心を支持するようにすれ
ば、１個で構成してもかまわない。図において、ウエハ
面が露光フォーカス面７１になっているが、それよりも
若干高いバランス面７０にて自重とバランスするよう調
整する。バランスを調整するための調整機構は、磁石調
整具２１に組み込まれており、磁石２１’のＺ方向の位
置を調整できるようになっている。例えば、調整機構と
しては、楔機構を用いることにより、剛性の高い調整が
可能となる。

【００２４】５５は、テーブル５のＺ方向の位置決めを
行うためのＺアクチュエータである。５１は磁性体でで
きたコアであり、その周りにＺコイル５０を巻きつけて
いる。Ｚコイル５０を覆うように冷却カバー５２が設け
られており、Ｚコイル５０に電流を流すことにより発生
する熱量を最小限に抑えている。冷却カバー内には冷却
水が流れており、Ｚコイルで発生した熱を効率よく回収
することができる。テーブル５は、３個のＺアクチュエ
ータによって、Ｚ方向およびチルト方向（θｘ、θｙ）
に駆動されるが、図１においては、便宜上２個のＺアク
チュエータ５５ａ、５５ｂのみ図示している。このＺア
クチュエータ５５では、Ｚコイル５０に電流を流すこと
によりベース１１との間に生じる磁気吸引力を利用して
おり、テーブル５に重力方向（−Ｚ方向）の力を与え
る。この磁気吸引力の大きさは、Ｚコイル５０に流す電
流と、コア５１・ベース間のギャップ量との関数であ
る。また、電流を一定とすれば、ギャップを少なくすれ
ば下向きの力は更に増えるという負の剛性特性を有す
る。前述した通り、テーブル５は、テーブル自重支持系
２５によってウエハ面が露光フォーカス面７１よりも高
いバランス面７０にてバランスされているため、Ｚアク
チュエータ５５による−Ｚ方向の力をテーブル５に作用
させることで、ウエハ面をフォーカス面に位置決めする
ことができる。

【００２５】６２は、Ｚ位置計測センサであり、取りつ
け治具６３を介してテーブル５に固有振動数を落とさな
いよう固定されている。テーブル５に配置された３個の
Ｚ位置計測センサによって、ベースに対するテーブル５
のＺ方向およびチルト方向（θｘ、θｙ）の位置を計測
しているが、図１においては、便宜上１個のＺ位置計測
センサのみ図示している。なお、場合によっては、基準
６５と同一のフレームからテーブル５のＺ方向位置を計
測してもかまわない。

【００２６】上述した３個のＺアクチュエータ５５と、
３個のＺ位置計測センサの出力値を用いたフィードバッ
ク制御系を構成することにより、テーブル５をＺ方向お
よびチルト方向（θｘ、θｙ）の任意の位置に正確に位
置決めすることができる。

【００２７】前述した自重支持系とＺアクチュエータの
実際の使用方法について説明する。まず、Ｚコイル５０
への電流ゼロの状態にて、３個の自重支持系２５の各磁
石調整具２１でウエハ面がバランス面７０にほぼ一致す
るよう調整する。次に、３個のＺアクチュエータ５５の
各Ｚコイルに電流を流し、ウエハ面が露光面７１になる
ように位置決め制御する。この位置では、自重支持系２
５により静的に上向き（＋Ｚ）の自重以上の力がテーブ
ル５に加わっており、Ｚアクチュエータはテーブル５を
押し下げるための力を加えるため、Ｚコイルにはオフセ
ット電流が静的に流れるようになっている。その状態を
釣り合い位置として、テーブル位置をＺ方向に微小量下
げたい場合は、Ｚコイル電流を微小量増やし、テーブル
位置を微小量上げたい場合は、Ｚコイル電流を微小量減
らせば良い。このようにしてＺコイルの電流を操作する
ことで、テーブル位置をＺ方向及びチルト方向（θｘ、
θｙ）の任意の目標位置に正確に位置決めすることがで
きる。

【００２８】本実施例においては、テーブル自重支持系
に磁石反発を利用したが、エアシリンダを用いてもかま
わない。そのとき、例えば自重を支持するＺ方向以外の
自由度を許容するローリングシールを用いると、サブテ
ーブル６の挙動の影響を小さくすることができる。ある
いは、Ｚ方向自由度を持つ１軸エアシリンダとテーブル
５間に静圧軸受けを構成することにより、サブテーブル
６の水平方向挙動をテーブルに伝達しないようにするこ
とも可能である。また、エアシリンダの選定にあたり、
前述したＺアクチュエータの負の剛性に対して、ほぼ同
じ大きさの正の剛性を有することが望ましい。また、テ
ーブル自重支持系としては、これらに限られるものでは
なく、テーブルの自重を補償できるものであればよく、
例えばバネなどを用いても良い。

【００２９】また、Ｚアクチュエータにおいて、渦電流
が発生しないようにコア５１やベース１１は抵抗率の高
いものが望ましく、積層にすることも可能である。

【００３０】以上説明したように、本実施例によれば、
正確に位置決めすべきテーブル５は水平方向（Ｘ、Ｙ、
θｚ）、垂直方向（Ｚ）およびチルト方向（θｘ、θ
ｙ）の６自由度を有する一体構造であり、６自由度の制
御力を直接付与できる。それによって、固有振動数をあ
げる設計が容易になり、テーブルの位置決め高速化が可
能となる。また、水平方向に関しては、テーブル５は非
接触で働くローレンツ力により制御されているため、サ
ブテーブル６を含めた水平方向外乱の影響を受けること
はない。

【００３１】また、Ｚ方向に関しては、Ｚアクチュエー
タにおいて、負の剛性を有するため、鉛直方向に働くベ
ース外乱の影響を若干受ける。しかし、自重支持系とし
て磁気反発力もしくはエアシリンダ等による正の剛性を
有する他のバネ系を用いることにより、サブテーブル６
のＺ方向挙動がベース１１のＺ方向挙動とほぼ同一であ
るという前提において、上記負の剛性によるベース外乱
の影響を緩和させる効果を持っている。

【００３２】＜実施形態２＞次に前述した実施形態のテ
ーブル移動装置を搭載した走査型露光装置の実施形態
を、図２を用いて説明する。

【００３３】鏡筒定盤９６は床または基盤９１からダン
パ９８を介して支持されている。また鏡筒定盤９６は、
レチクル定盤９４を支持すると共に、レチクルとウエハ
の間に位置する投影光学系９７を支持している。また、
テーブル５の位置を計測するためのレーザ干渉系と、サ
ブテーブル６の位置を計測するためのサブレーザ干渉系
が鏡筒定盤９６と一定的に設置されている。

【００３４】サブテーブル６は、床または基盤から支持
されたベース１１上に支持されている。サブテーブル６
上のテーブル５は、ウエハを載置して位置決めを行う。
また、レチクルステージ９５は、鏡筒定盤に支持された
レチクルステージ定盤上に支持され、回路パターンが形
成されたレチクルを搭載して移動可能である。レチクル
ステージ９５上に搭載されたレチクルをテーブル５上の
ウエハに露光する露光光は、照明光学系９９から発生さ
れる。

【００３５】なお、テーブル５は、レチクルステージ９
５と同期して走査される。レチクルステージ９５とテー
ブル５の走査中、両者の位置はそれぞれ干渉計によって
継続的に検出され、レチクルステージ９５とテーブル５
の駆動部にそれぞれフィードバックされる。これによっ
て、両者の走査開始位置を正確に同期させるとともに、
定速走査領域の走査速度を高精度で制御することができ
る。また、テーブル５が走査移動する際は、サブテーブ
ルも目標位置に基づいてフィードバック制御される。投
影光学系に対して両者が走査している間に、ウエハ上に
はレチクルパターンが露光され、回路パターンが転写さ
れる。

【００３６】本実施形態では、前述の実施形態のテーブ
ル移動装置を用いているため、高速・高精度な露光が可
能となる。

【００３７】＜実施形態３＞次に上記説明した露光装置
を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明す
る。図３は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チ
ップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造フローを
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。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。
ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１
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Ｓ７）される。

【００３８】図４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。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
デバイスを製造することができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明のテーブル駆動装置によれば、直
接的にテーブルとベースとの間で力の伝達が行行われ、
高速高精度なテーブルの位置決めをすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のテーブル移動装置の実施形態を説明す
るための概略図

【図２】本発明の露光装置の実施形態を説明するための
概略図

【図３】半導体デバイスの製造フロー図

【図４】ウエハプロセスのフロー図

【図５】従来の６軸ステージの概略図

【図６】従来の４軸θＺＴステージの概略図

【符号の説明】 １ ウエハ ２ ウエハチャック ３ ミラー ５ テーブル ６ サブテーブル ７ サブミラー １０ 静圧軸受 １１ ベース ２０、２０’ 永久磁石 ２１ 磁石調整具 ２５ テーブル自重支持系 ３０、３１ 永久磁石 ４０ リニアモータ ５０ Ｚコイル ５１ コア ５２ 冷却カバー ５５ Ｚアクチュエータ ６０、６１ レーザビーム ６２ Ｚ位置計測センサ ６５ 基準 ７０ バランス面 ７１ 露光面 ９１ 床・基盤 ９４ レチクル定盤 ９５ レチクルステージ ９６ 鏡筒定盤 ９７ 投影光学系 ９８ ダンパ ９９ 照明光学系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｑ 1/18 Ａ Ｆターム(参考） 2F078 CA02 CA08 CB05 CB12 CB13 CC11 3C048 BB01 BB12 BC02 CC07 DD10 DD12 DD26 EE10 5F031 CA02 HA55 LA08 LA12 MA26 MA27 MA33 5F046 BA05 CC01 CC02 CC03 CC05 CC06 CC16 CC18 DA08

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を保持して移動可能なテーブルと、 該テーブルを支持するサブテーブルと、 該サブテーブルを支持するベースと、 該テーブルを該サブテーブルに対して駆動するテーブル
   駆動手段と、 該サブテーブルを該ベースの基準面に沿って駆動するサ
   ブテーブル駆動手段と、 該テーブルと該ベースとの間で力を発生するアクチュエ
   ータとを有することを特徴とするテーブル移動装置。
2. 【請求項２】 前記アクチュエータは、電磁石を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のテーブル駆動装置。
3. 【請求項３】 前記アクチュエータは、前記ベースの基
   準面と垂直な方向に力を発生することを特徴とする請求
   項１または２記載のテーブル駆動装置。
4. 【請求項４】 前記テーブル駆動手段は、リニアモータ
   であることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の
   テーブル駆動装置。
5. 【請求項５】 前記テーブル駆動手段は、前記ベースの
   基準面と平行な方向に力を発生することを特徴とする請
   求項１〜４いずれかに記載のテーブル駆動装置。
6. 【請求項６】 該サブテーブル駆動手段は、ボールネジ
   またはリニアモータであることを特徴とする請求項１〜
   ５いずれかに記載のテーブル駆動装置。
7. 【請求項７】 前記テーブルの位置を計測するためのテ
   ーブル位置計測手段と、前記サブテーブルの位置を計測
   するためのサブテーブル位置計測手段とを有することを
   特徴とする請求項１〜６いずれかに記載のテーブル駆動
   装置。
8. 【請求項８】 前記テーブル位置計測手段と前記サブテ
   ーブル位置計測手段は、前記ベースと振動的に独立的に
   して配置されていることを特徴とする請求項７記載のテ
   ーブル駆動装置。
9. 【請求項９】 サブテーブルに対するテーブルの支持
   は、テーブルがサブテーブルに近づくと反発するような
   剛性を備えた機構による支持であることを特徴とする請
   求項１〜８いずれかに記載のテーブル駆動装置。
10. 【請求項１０】 前記アクチュエータは、前記テーブル
    が前記ベースに近づくと、近づく方向の力が強くなるよ
    うなアクチュエータであることを特徴とする請求項１〜
    ９いずれかに記載のテーブル駆動装置。
11. 【請求項１１】 前記サブテーブルは、前記ベースに対
    して静圧軸受けによって支持されていることを特徴とす
    る請求項１〜１０いずれかに記載のテーブル駆動装置。
12. 【請求項１２】 前記テーブル駆動手段と前記アクチュ
    エータのうちの少なくとも一方に冷却機構を設けたこと
    を特徴とする請求項１〜１１いずれかに記載のテーブル
    駆動装置。
13. 【請求項１３】 請求項１〜１２いずれかに記載のテー
    ブル駆動装置を有することを特徴とする露光装置。
14. 【請求項１４】 ウエハに感光材を塗布する工程と、請
    求項１３記載の露光装置を用いてウエハを露光する工程
    と、露光されたウエハを現像する工程とを有することを
    特徴とするデバイス製造方法。