JP3715742B2

JP3715742B2 - 静圧ステージ

Info

Publication number: JP3715742B2
Application number: JP8470597A
Authority: JP
Inventors: 伸茂是永
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2017-03-19
Also published as: JPH10260732A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動ステージを定盤に対して静圧支持するとともに、その支持剛性を高めるために移動ステージを定盤に向けて吸引する磁石を用いた静圧ステージに関し、特に走査型露光装置用として好適な静圧ステージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の露光装置として、ウエハ等の被露光基板を逐次移動、停止して露光を繰り返すいわゆるステッパが知られている。
図３にステッパのウエハステージの詳細を、図４にそのウエハステージの分解図を示す。図において、ベース定盤１上にＹヨーガイド２が固定され、Ｙヨーガイド２の側面とベース定盤１の上面でガイドされるＹステージ３がベース定盤１の上にＹ方向に不図示エアスライドにより滑動自在に支持されている。Ｙステージ３は主に２本のＸヨーガイド３ａと、Ｙスライダ（大）３ｂおよびＹスライダ（小）３ｃとの４部材から構成され、Ｙスライダ（大）３ｂはその側面および下面に設けた不図示エアパッドを介してＹヨーガイド２側面およびベース定盤１上面と対面し、Ｙスライダ（小）３ｃはその側面に設けた不図示エアパッドを介してベース定盤１上面と対面している。この結果Ｙステージ３全体としては前述のようにＹヨーガイド２の側面とベース定盤１の上面でＹ方向に滑動自在に支持されることになる。
【０００３】
一方、Ｙステージ３の構成部品である２本のＸヨーガイド３ａの側面とベース定盤１の上面とでガイドされるＸステージ４がＸ軸まわりにＹステージ３を囲むように設けられ、Ｘ方向に不図示エアスライドにより滑動自在に支持されている。Ｘステージ４は主に２枚のＸステージ側板４ａと、上下のＸステージ天板４ｂおよびＸステージ底板４ｃとの４部材から構成され、Ｘステージ底板４ｃはその下面に設けたエアパッド４ｄを介してベース定盤１上面と対面し、２枚のＸステージ側板４ａはその側面に設けた不図示エアパッドを介してＹステージ３の構成部材である２本のＸヨーガイド３ａの側面と対面している。Ｘステージ天板４ｂ下面とＸヨーガイド３ａの上面、およびＸステージ底板４ｃ上面とＸヨーガイド３ａの下面は非接触になっている。この結果Ｘステージ４全体としては前述のように２本のＸヨーガイド３ａの側面とベース定盤１の上面でＸ方向に滑動自在に支持されることになる。Ｘステージ天板４ｂの上部には不図示工作物保持機構が設けられウエハ等の工作物を保持できるようになっており、またここには不図示スコヤミラーが設けられ、ＸおよびＹステージ４，３の位置をレーザ干渉計で精密に計測できるようになっている。
【０００４】
駆動機構は、Ｘ駆動用に１本、Ｙ駆動用に２本の多相コイル切り替え方式のリニアモータが用いられている。固定子６ａ，７ａはストローク方向に並べた複数個のコイル６ｃ，７ｃを枠に挿入したもので、可動子６ｂ，７ｂは箱形の磁石ユニットで構成される。７ｄは磁石連結板、８はＹ固定子固定部材である。可動子６ｂ，７ｂの位置によって固定子６ａ，７ａのコイル６ｃ，７ｃに選択的に電流を流すことにより推力を発生する。
【０００５】
エアスライドの剛性を上げるにはギャップを５μｍ程度に保つことが必要で、このため、分解図に示すようにＸステージ４はエアパッドの間に設けた２個の与圧磁石４ｅでベース定盤１に吸引されるようになっている。
Ｙステージ３も同様にＹスライダ（大）３ｂ側面において不図示与圧磁石でＹヨーガイド２に吸引されるように、Ｙスライダ（大）３ｂ下面とＹスライダ（小）３ｃ下面において不図示与圧磁石でベース定盤１に吸引されるようになっている。
【０００６】
これらの与圧磁石は図５に示すように短冊状の磁石片９を複数個並べて正方形のユニットにしたものが用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする問題点】
ところで、エアギャップ保持のために設けた与圧磁石はエアスライドの浮力方向と逆向きの吸引力のみを発揮してくれるのが望ましいのであるが、実際はそれ以外にエアスライドの滑動方向に速度に比例した抵抗力をも発生するという問題がある。
【０００８】
現状のステージ構成の特徴として、Ｘステージ４のチルト姿勢はベース定盤１で直接ガイドされる。よってＸステージ４はベース定盤１と対面しながら２次元に動き、ＸＹ両方向に上記速度に比例した抵抗を受ける。
Ｙステージ３はＹ方向にのみ与圧磁石の抵抗を受ける。
【０００９】
一方、与圧磁石は図５に示すような複数の短冊状磁石片９を１次元に並べて正方形のユニットに構成されたものが用いられている。
【００１０】
上記抵抗の大きさは、速度と、磁石ユニットの移動方向に直角な辺の長さと、移動方向に数えた磁石の極数との３者の積に比例する。
図５の構成では磁石ユニットは正方形形状なので、Ｘ，Ｙどちらの方向でも移動速度が同じなら同じ大きさの抵抗を発生する。
【００１１】
これらの速度に比例する抵抗があっても、ステッパは停止状態で露光するので露光時には抵抗はゼロであり、ステッパでにおいては問題にならなかった。
【００１２】
次に次世代の露光装置の１つである、走査型露光装置全体図を図６に示す。
図６において、床（または地面）３０から除振手段３１を介して定盤１が支持されている。定盤１上にはＸＹ平面内に移動可能なウエハステージ３３が設けられ、また鏡筒支持部材３４を介して縮小投影光学系３５が固定されている。支持部材３４の上方にはレチクルステージベース３６が設けられ、レチクルステージベース３６上をガイドに沿って１軸方向に走査可能なレチクルステージ３７が設けられている。レチクルを通してウエハに露光エネルギを与えるための照明系３８が破線で示されている。４１は光学系３５の外筒、４２，４３は干渉計基準である。
【００１３】
この装置ではレチクルパターンの矩形の一部領域のみが照明される。このため全体を露光するにはウエハステージ３３とレチクルステージ３７を光学系３５の縮小倍率に等しい速度比で同期スキャンし、スキャン中に露光する。ウエハステージ３３はＸＹステージであるが露光中はレチクルステージ３７の軸に平行な軸をスキャンしもう１つの軸は静止するように制御する。
【００１４】
この改良型として図７に示すシステムもある。
鏡筒定盤４５に支持される投影光学系３５がウエハステージ定盤４６とは機械的に分離されて直接床３０から除振手段３１で支持されている。このため投影光学系３５や干渉計基準にはウエハステージ３３からの振動が伝わらず光学系３５や干渉計基準４２，４３の機械的変形および振動を極めて小さくできるという利点がある。
【００１５】
また、ウエハステージ定盤４６は除振手段３１を介さず床３０から直接支持されている。このためウエハステージ３３を加減速したときの反力による定盤４６の揺り戻しがきわめて小さく停止精度が向上したり制定時間が短縮されたりするという利点がある。
【００１６】
このようなシステムでは露光はスキャン中に行なわれるので、スキャン方向においてはスキャン中に発生する走行抵抗のむらおよび絶対値が新たな問題となる。
【００１７】
走行抵抗のむらは、駆動系との組み合わせで結果的に発生する。例えば駆動系に複数個のコイルを切り替えるタイプのリニアモータを用いたときに発生する。このタイプのモータは位置によって周期的に推力定数が変化する。したがって、定電流駆動した場合、仮に磁石からの抵抗が一定だったとしても推力定数の周期的むらがそのまま抵抗むらとなって作用し、スキャン方向の露光精度を低下させる。このむらの大きさは磁石が発生する抵抗の絶対値に比例するのでこれを減らすには磁石の抵抗の絶対値を減らす必要がある。
【００１８】
また、走行抵抗の絶対値が大きいとこれに打ち勝つための余分な推力が必要になり、駆動系の発熱が増加したり、発熱を除去する冷却系が大型化したりする。
【００１９】
本発明は、上記の従来例における問題点に鑑みてなされたもので、与圧磁石のスラスト抵抗の少ない静圧ステージを提供することを目的とする。
【００２０】
【問題点を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明の静圧ステージでは、スキャン中に露光を行う露光装置に用いられる静圧ステージであって、定盤上に設けられた第１のガイドに沿って該定盤上を第１の方向に移動可能な第１のステージと、第１のステージ上に設けられた第２のガイドに沿って該定盤上を第１の方向と交差する第２の方向に移動可能であるとともに第１のステージの移動に伴って第１の方向へも移動可能な第２のステージと、前記第１および第２のステージをそれぞれ前記定盤から浮上させる第１および第２の流体静圧付与手段と、前記第１および第２のステージをそれぞれ前記定盤へ向けて吸引する第１および第２の予圧磁石とを具備し、前記第１および第２の方向の一方を前記スキャン方向として設定される静圧ステージにおいて、前記第２の予圧磁石が複数の短冊型磁石片を前記スキャン方向には長く該スキャン方向と直角方向には短い矩形状に配列してなる磁石ユニットを有することを特徴とする
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態において、前記磁石ユニットを構成する各磁石片の長さが該磁石ユニットの長辺と同一長さである。すなわち、この磁石ユニットは、長辺方向には分割されず、短辺方向にのみ複数個に分割されている。また、第１の与圧磁石としても前記磁石ユニットと同一形状の第２の磁石ユニットを用いることができる。但し、この第２の磁石ユニットは、走査方向が第１および第２のいずれの方向であるかにかかわらず、その長辺が第１の方向を向くように配置する。
【００２２】
本発明が適用される走査型露光装置としては例えば図６または図７に示す構成のものを用いることができる。
【００２３】
【作用および効果】
走査型露光装置用静圧ステージにおいて与圧用磁石ユニットを複数の矩形磁石片を１次元に並べて構成し、構成された磁石ユニット全体の形状をスキャン方向に直角な辺の長さがスキャン方向に平行な辺の長さより短い長方形となるよう構成し、かつスキャン方向が矩形磁石片の並びに沿う方向（短手方向）と直角になるように、すなわち矩形磁石片の長手方向がスキャン方向と平行になるように配置した磁石ユニットを含むようにする。これにより、与圧磁石のスラスト力に起因するスキャン方向における走行抵抗を低減し、走行抵抗むらの低減および露光精度の向上を図ることができる。また、走行抵抗が低減する結果発熱も低減し、これも露光精度の向上に寄与する。
【００２４】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
第１実施例
図１は本発明の第１実施例を説明するための図で、Ｘをスキャン方向、Ｙをステップ方向とするＸステージ４およびＹステージ３を下から眺めたものである。本実施例において、ステージの構成要素は図３および図４のものと同じである。
【００２５】
Ｘステージ４の与圧磁石４ｅは、磁石全体の形状はスキャン方向（Ｘ方向）に直角な辺の長さがスキャン方向に平行な辺の長さより短い長方形となるよう構成されている。また磁石の極数は２極であるが矩形状磁石片の並びに沿う方向（磁石片の短辺方向）とスキャン方向とは互いに直交するようになっている。
【００２６】
上述のように上記抵抗の絶対値はスキャン速度と、磁石ユニットのスキャン方向に直角な辺の長さと、スキャン方向に数えた磁石の極数の３者の積に比例する。
【００２７】
したがって、抵抗の絶対値を減らすにはこれら３者を減らせばよい。しかしスキャン速度はスループットの観点から減らすことはできない。そこで磁石ユニットのスキャン方向に直角な辺の長さと、スキャン方向に数えた磁石の極数の２者を減らすことになる。図１のように磁石ユニット４ｅの形状を偏平な長方形としてその短辺をスキャン方向に直角に配置することにより磁石ユニットのスキャン方向に直角な辺の長さを従来例にくらべて大きく減らしている。また２極の磁石のならびに沿う方向をスキャン方向と直角に配置することによりスキャン方向に数えた磁石の極数を減らしている。この相乗効果により図１の例では従来例に比べてＸステージ４のスキャン時の抵抗がきわめて小さくなる。磁石の極数が２極である必要は抵抗を減らすという観点からは特になく６極でも１０極でも磁石の並びに沿う方向とスキャン方向とが直角に配置されていさえすればよいのだが、本実施例のような全体として偏平の長方形のユニットを構成しようとしたときには磁石の加工組み立て上の理由で極数が少ない方が有利である。
【００２８】
一方、Ｙステージ３の磁石ユニット３ｅは従来例と変わっていない。本実施例ではスキャン時にはＸステージのみがスキャンし、Ｙステージは静止しているのでＹステージの磁石ユニットには特に対策をうつ必要がないからである。
【００２９】
但し、図１に示すようなＸスキャンＹステップの場合はＹステージ３の磁石において矩形磁石の並びに沿う方向とステップ方向とを互いに直角に配置することによりＹステージ３のステップ時の発熱が少なくなるというメリットはある。このメリットは磁石ユニット全体の形を短辺がステップ方向と直角な偏平の長方形になるようにするとさらに顕著になる。
【００３０】
第２実施例
図２は第２実施例を説明するための図で、Ｙをスキャン方向、Ｘをステップ方向とするＸステージ４とＹステージ３を下から眺めたものである。
この実施例ではスキャン時にはＸステージ４とＹステージ３が一体となってスキャンを行なう。したがってＸステージ４の磁石ユニット４ｅにおいても、Ｙステージの磁石ユニットにおいてもスキャン方向に直角な辺の長さがスキャン方向に平行な辺の長さより短い長方形となるよう構成される。磁石の極数は２極であるが矩形磁石の並びに沿う方向とスキャン方向とは互いに直交するようになっている。磁石ユニットの構成の理由や利点は第１実施例とまったく同じである。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、多相モータと組み合わせたときの重ね合わせ精度向上や、与圧磁石のスラスト力に起因するスキャン抵抗の低減、さらにはモータなどの発熱の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るウエハステージの底面図である。
【図２】本発明の第２実施例に係るウエハステージの底面図である。
【図３】従来例であり本発明の適用対象であるウエハステージの全体図である。
【図４】図３のウエハステージの分解図である。
【図５】与圧磁石としての磁石ユニット図である。
【図６】本発明のステージの適用対象例としての走査型露光装置の全体図である。
【図７】本発明のステージの適用対象例としての他の走査型露光装置の全体図である。
【符号の説明】
１：ベース定盤、２：Ｙヨーガイド、３：Ｙステージ、３ａ：Ｘヨーガイド、３ｂ：Ｙスライダ（大）、３ｃ：Ｙスライダ（小）、３ｅ：与圧磁石、４：Ｘステージ、４ａ：Ｘステージ側板、４ｂ：Ｘステージ天板、４ｃ：Ｘステージ底板、４ｄ：エアパッド、４ｅ：与圧磁石、６ａ，７ａ：固定子、６ｂ，７ｂ：可動子、６ｃ，７ｃ：コイル、７ｄ：磁石連結板、８：Ｙ固定子固定部材、９：磁石片、３０：床（または地面）、３１：除振手段、３３：ウエハステージ、３４：鏡筒支持部材、３５：縮小投影光学系、３６：レチクルステージベース、３７：レチクルステージ、３８：照明系、４１：外筒、４２，４３：干渉計基準、４５：鏡筒定盤。

Claims

スキャン中に露光を行う露光装置に用いられる静圧ステージであって、定盤上に設けられた第１のガイドに沿って該定盤上を第１の方向に移動可能な第１のステージと、第１のステージ上に設けられた第２のガイドに沿って該定盤上を第１の方向と交差する第２の方向に移動可能であるとともに第１のステージの移動に伴って第１の方向へも移動可能な第２のステージと、前記第１および第２のステージをそれぞれ前記定盤から浮上させる第１および第２の流体静圧付与手段と、前記第１および第２のステージをそれぞれ前記定盤へ向けて吸引する第１および第２の予圧磁石とを具備し、前記第１および第２の方向の一方を前記スキャン方向として設定される静圧ステージにおいて、前記第２の予圧磁石が複数の短冊型磁石片を前記スキャン方向には長く該スキャン方向と直角方向には短い矩形状に配列してなる磁石ユニットを有することを特徴とする静圧ステージ。
前記磁石ユニットを構成する各磁石片の長さが該磁石ユニットの長辺と同一長さであることを特徴とする請求項１記載の静圧ステージ。
前記第２の方向がスキャン方向であり、前記第１の与圧磁石が複数の短冊型磁石片を前記スキャン方向には短く該スキャン方向と直角方向には長い矩形状に配列してなる第２の磁石ユニットを有することを特徴とする請求項１または２記載の静圧ステージ。
前記第１の方向がスキャン方向であり、前記第１の与圧磁石が複数の短冊型磁石片を前記スキャン方向には長く該スキャン方向と直角方向には短い矩形状に配列してなる第２の磁石ユニットを有することを特徴とする請求項１または２記載の静圧ステージ。
前記第２の磁石ユニットを構成する各磁石片の長さが該磁石ユニットの長辺と同一長さであることを特徴とする請求項３または４記載の静圧ステージ。
前記定盤が床に除振手段を介して設置され、該定盤上に前記走査型露光装置を構成する投影光学系およびレチクルステージが搭載されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の静圧ステージ。
前記定盤が除振手段を介さず床と直結され、前記走査型露光装置を構成する投影光学系およびレチクルステージは除振手段を介して床に設置された他の定盤上に搭載されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の静圧ステージ。
前記静圧を発生するための流体が空気であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の静圧ステージ。
スキャン中に露光を行う露光装置に用いられる静圧ステージであって、定盤上を前記スキャン方向に移動可能なステージと、前記定盤から浮上させる流体静圧付与手段と、前記ステージをそれぞれ前記定盤へ向けて吸引する予圧磁石とを具備し、前記予圧磁石が複数の短冊型磁石片を前記スキャン方向には長く該スキャン方向と直角方向には短い矩形状に配列してなる磁石ユニットを有することを特徴とする静圧ステージ。