JP4424733B2 - コイルユニット、電磁アクチュエータ、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

コイルユニット、電磁アクチュエータ、露光装置及びデバイス製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、コイルユニット、電磁アクチュエータ、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
半導体デバイスや液晶表示デバイス等のデバイスの製造のためのリソグラフィ工程において、原版に形成されたパターンを投影光学系を介して基板上の感光剤に転写する露光装置が知られている。
このような露光装置や、高精度加工装置などで使用されるナノメートルオーダーの位置決め装置は、その高性能化が求められている。最近では、基板等の位置決め対象物をより高速に、機械的な案内面の精度等に影響されずに高精度に位置決めするとともに、機械的な摩擦を回避して長寿命化を図るために、位置決め対象物が載置されたテーブルを非接触で2次元方向に駆動する位置決め装置が開発されている。このような非接触駆動方式の位置決め装置の駆動源としては、平面モータが知られている。
図6は、特許文献1に記載されたステージ装置の説明図である。電機子コイル44には、そのコーナー部分にモールド部材49が取り付けられている。モールド部材49には、コイル巻き線の両端部64a、64bにそれぞれ接続された端子ピン65a、65bが設けられている。更に、コイル支持部材12には、端子ピン65a、65bのそれぞれを着脱自在に接続可能なソケット22が設けられている。
特開2001−037201号公報
以上のような構成において、ステージを移動させるためにコイルに電流を供給すると、コイルは発熱する。コイルの温度上昇によるコイル抵抗の増加やコイル線の破損を防ぐためには、コイルを冷却することが必要となる。しかし、コイルの温度上昇をゼロにすることは、実際の装置においては、チラーの最大流量の制約や冷媒の流路設計上の制約などにより困難である。したがって、コイルのある程度の温度上昇は避けられず、熱膨張が生じる。特に、長円形コイルでは、長手方向の熱膨張が大きく、ソケットやそれに挿入されている端子ピンに大きな応力が加わり、破損する可能性がある。
また、端子ピンをソケットに挿入する構成においては、コイルの位置が端子ピンとソケットとによって拘束されるために、支持部材に対してコイルの寸法精度や取り付け精度の要求が厳しい
本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、例えば、コイルを含む装置において、熱膨張によって構成部材に加わる応力を緩和すること、及び/又は、コイルの高精度な位置決めを容易にすること、及び/又は、コイルに給電するための端子によってコイルの位置が拘束されることを回避することを目的とする。
本発明のコイルユニットは、長手方向と短手方向とを有する形状で、かつ空心部を有するコイルと、前記コイルに固定された受電部と、前記コイルを支持する支持体と、前記支持体に固定された給電部とを備え、前記受電部は、前記コイルに電気的に接続された受電端子を有し、前記給電部は、給電端子を有し、前記受電端子は、前記給電端子に対して前記長手方向への熱膨張を許すように摺動可能な状態で接触し、前記支持体は、定盤と、前記空心部に配置され、前記長手方向及び前記短手方向に直交する方向に前記定盤から延びた状態で前記定盤に固定される支持部材とを含み、前記支持部材は、前記コイルと前記支持部材とが前記短手方向に当接することで前記コイルを支持し、前記長手方向に前記コイルと前記支持部材との間に隙間が設けられる。
本発明の好適な実施形態によれば、前記コイルの空芯部にはスペーサーが固定され、前記支持部材は、前記スペーサーと前記支持部材とが前記短手方向に当接することで前記コイルを支持し、前記長手方向に前記スペーサーと前記支持部材との間に隙間が設けられる
本発明の好適な実施形態によれば、前記長手方向と短手方向とを有する形状は、略長円形または略長方形であることが好ましい。
本発明の好適な実施形態によれば、前記受電端子と前記給電端子とを圧接させるための弾性部材を備えることが好ましい。
本発明の好適な実施形態によれば、前記コイルユニットは、前記コイルを複数備え、前記複数のコイルは、それらの各長手方向が第1方向に沿うように配置された第1コイル群を含む。
本発明の好適な実施形態によれば、前記複数のコイルは、それらの各長手方向が前記第1方向に直交する第2方向に沿うように配置された第2コイル群を含む。
本発明の電磁アクチュエータは、前記コイルユニットを有する第1要素と、前記第1要素の前記コイルユニットに電流を流したときに発生する磁界との電磁的相互作用によって前記第1要素に対して相対的に移動する第2要素とを備え、前記第1コイル群に電流を流したときに、前記第2要素は前記第1要素に対して前記短手方向に相対的に移動する。
本発明の露光装置は、基板ステージと、原ステージと、前記原ステージに保持された原のパターンを前記基板ステージに保持された基板に投影する投影系とを備え、前記基板ステージ及び前記原ステージの少なくとも一方が上記の電磁アクチュエータによって駆動される。
本発明の他の側面に係る露光装置は、基板ステージと投影系とを有し、前記基板ステージに保持された基板に前記投影系を介して露光エネルギーを照射して潜像パターンを形成する露光装置とし構成され、前記基板ステージが上記の電磁アクチュエータによって駆動される。
本発明のデバイス製造方法は、基板に感光剤を塗布する工程と、前記基板上の感光剤に上記のの露光装置によって潜像パターンを形成する工程と、前記潜像パターンを現像する工程とを含む。
本発明によれば、例えば、コイルを含む装置において、熱膨張によって構成部材に加わる応力を緩和すること、支持部材に対するコイルの寸法精度や取り付け精度を緩和することのいずれか又は全てを達成することができる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
[第1実施形態]
図1は、本発明の電磁アクチュエータの好適な実施形態としての平面モータの概略構成を示す図である。平面モータ100は、可動子としてのステージ116と、固定子としての定盤107とを有する。ステージ116は、磁石ユニット117を有する。定盤107は、コイルユニットとして、又は、コイルユニットを含む構造体として、構成されている。
定盤107は、鉛直方向(Z方向)に積層されたコイル群101a、101bを有する。ここで、コイル群101aは、各々長手方向がX方向に沿ったコイルをY方向に平面状に並べて配列して構成され、コイル群101bは、各々長手方向がY方向に沿ったコイルをX方向に平面状に並べて配列して構成されている。なお、図1には、2層配置のコイル群が示されているが、3層以上で配置されたコイル群を採用することもできる。
コイル群101a、101bをそれぞれ構成するコイルは、例えば、略長円形或いは略長方形を有することができる。ここで、略長円形とは、長方形の対向する2辺にそれぞれ半円又は半楕円等の丸まった形状部分を付加した形状を含みうる。各層のコイル群101a、101bに流す電流を制御することによって、ローレンツ力(電磁的相互作用)によってステージ116を6軸制御することができる。
図2は、図1(a)に示す平面モータ100をY軸方向に沿って切断した断面図である。ステージ116の磁石ユニット117を構成する磁石群の配列によって、例えば、第1層のコイル群101aでY、ωX、Z、ωZ方向の駆動力を、第2層のコイル群101bでX、ωY、Z、ωZ方向の駆動力を発生し、ステージ116を6軸制御することができる。なお、コイル群の層数及び駆動力の割り振りは、適宜変更されうる。
コイル群101a、101bにそれぞれスペーサ104a、104bを接着等の方法で固定し、スペーサ104a、104bを固定子定盤107に並べられた第1のスタッド103に対して嵌め込むことで、コイル群101a、101bを2次元的に精度良く配列しながら積層することができる。また、最下層のコイル群101bと固定子定盤107との間にさらばね105を配置し、第2のスタッド102を締結部材(例えば、ボルト)106で固定することによって、コイル群101a、101bをZ方向に関しても精度良く固定することができる。
第1のスタッド103に対して並べられたコイル群101a、101bには、コイル駆動電流を受ける受電部109a、109bがそれぞれ固定されている(109bのみ図示)。固定子定盤107には、受電部109a、109bにそれぞれコイル駆動電流を供給する給電部110a、110b(101b)が固定されている。図2では、作図上の便宜のために、受電部109b及び給電部110bを含む1対の電流伝達部のみが示されている。受電部109a、109bは、導電性の受電端子119a、119bをそれぞれ有し(119bのみ図示)、給電部110a、110bは、導電性の給電端子120a、120bをそれぞれ有する(120bのみ図示)。受電端子119aは、コイル群101aの該当するコイルの該当する端子(引き出し部)に電気的に接続され、受電端子119bは、コイル群101bの該当するコイルの該当する端子(引き出し部)に電気的に接続される。各コイルには、典型的には、2つの端子が設けられている。
受電端子119a、119bと給電端子120a、120bとが接触することにより、コイル群101a、101bに電流を流すための電流経路が形成される。受電部109(109a、109b)又は給電部110(110a、110b)の少なくとも一方は、受電端子119(119a、119b)と給電端子120(120a、120b)とを圧接させるための弾性部材を備えている。図1に示す構成例では、給電部110(110a、110b)が、給電端子120(120a、120b)を受電端子119(119a、119b)に押し付けるためのバネ115(115a、115b)を備えている(115bのみ図示)。このような構成に代えて又はこのような構成に加えて、受電部109(109a、109b)にバネを設けてもよい。また、弾性部材は、コイルバネ、板バネ等のバネに限られず、他の部材(例えば、ゴム等の伸縮性部材)で構成されてもよい。
バネ等の弾性部材で受電端子119と給電端子120とを圧接させる構成によれば、コイル群101、受電部109(又は受電端子119)及び給電部110(又は給電端子120)の寸法精度や取り付け精度(例えば、X、Y、Z方向の公差)の悪さを吸収し、受電端子119と給電端子120との間の安定的な導通(電気的接触)を可能にすることができる。
受電端子119は、給電端子120に対して摺動可能である。これにより、コイル群101a、101bが駆動電流によって発熱した場合においても、コイル群101a、101bの熱膨張分を給電端子120に対する受電端子119の摺動(移動)によって吸収することができ、端子やコイルに加わる応力を軽減しつつコイルに安定的に電流を供給することができる。
例えば、半導体露光装置のウエハステージの可動域を1000ミリメートルとし、コイル(長手方向の長さ1000ミリメートル)が25℃温度上昇すると、コイルは、約0.4ミリメートルだけ長手方向に膨張する。この膨張力は、数百キログラム重程度にも及び、従来の勘合タイプのコネクタを用いた構成では、コネクタに非常に大きな負荷が掛かって破損し、コイルに通電できなくなる可能性がある。この熱膨張分を受電端子及び給電端子の間の摺動によって吸収することにより、信頼性が大きく向上する。なお、受電端子及び給電端子の間の摺動動作については、受電端子及び給電端子の間に作用する押圧力や、両端子の接触面形状や面精度を調整することによって、十分な安定性を得ることができる。
以上の構成によって、コイル群101a、101bが熱膨張した場合においても、安定してコイル群101a、101bに給電することが可能になる。しかし、コイルの発熱が過大になると、コイルの融着層や絶縁層が溶けてコイルが破損してしまう恐れがある。融着層や絶縁層の溶融温度は、材質に依存するが、典型的には約100℃程度であり、コイルがこの温度を超えると、融着層が溶けることによるコイル形状変化や、絶縁層が溶けることによるショート等の問題が発生する。
また、コイルの温度が過大となると、熱伝導等によって他の構成部材にも温度上昇が生じる。例えば、固定子定盤107や固定子上蓋108が熱膨張してステージ(可動子)116が移動する面(固定子上蓋108の上面)を歪めてしまうといった問題も発生する。
そこで、平面モータ100は、コイル群101a、101bの各コイルを冷却する冷却機構を備えている。コイルの冷却方式としては、例えば、固定子定盤107と固定子上蓋108とによって、コイル群101a、101bが配置された空間を密閉する冷却用ジャケットを構成し、その中に冷媒を循環させる方式が好ましい。
給電部110(110a、110b)は、固定子定盤107の開口部とその中に配置された給電部110との間からジャケット中の冷媒が漏れ出すことを防止するためにシール部112を有する。シール部112は、給電部110と固定子定盤107の開口部との間にOリングを含みうる。給電部110の本体と給電端子120との間のシールは、例えば、ガラス封着や接着剤、Oリング等によって行うことができる。
また、固定子定盤107と固定子上蓋108との間のシールは、例えばOリング(不図示)によって行うことができ、固定子定盤107と締結部材106との間のシールは、シールワッシャー111等で行うことができる。このようにして、ジャケット内を完全に密閉空間にして、冷媒を安全に循環させることができる。冷媒は、固定子定盤107に設けられた冷媒流路を通して循環される。
図3は、図1の一部を拡大した図である。受電部109は、コイル群101(101a、101b)の各コイルの2つの端子(引き出し部)の近傍に配置されうる。コイルの端子は、典型的には、コイルの内側と外側に配置される。コイルの端子と受電部109の受電端子119とは、例えば半田付け等で接合されうる。コイルの外側の端子をコイルの長手方向の端部に配置することにより、隣り合うコイル間での端子の干渉を防止し、高密度でコイルを配列することができる。
更に、上層コイル群101の各端子と下層コイル群101bとの干渉することを防止するために、上層コイル群101aの端部(端子を設ける部分)を下層コイル群101bが配列される領域の外側に延ばすことにより、受電端子119(119a、119b)を配置する領域を確保することができる。上層コイル群101aの配列領域のうち下層コイル群101bが存在しない領域(上層コイル群101aの端部)には、図3に例示的に示すように下層コイル101bの厚みを補填するダミースペーサ113を備えることによって、上層コイル群101aの位置精度を確保することができる。また、ダミースペーサ113の幅方向の大きさを、下層コイル101bのコイル幅と同等にしてもよい。これにより、全コイル領域に渡って冷媒流路が均一化され、冷却効率が向上する。更に、受電部109a、100bをコイル群101a、101bに接着剤等で固定することによって、バネ115から受ける押圧力や冷媒の流れに対して十分に剛性を持たせることができる。
スペーサ104aは、スタッド103が通される穴として、コイル群101aの各コイルの長手方向に沿って長い長穴を有することが好ましい。このような構成によれば、コイル群101aの各コイルに対して、熱膨張時に長手方向(熱膨張の絶対量が大きい方向)、すなわちX方向に移動する自由度が与えられる。なお、コイル群101aの各コイルの短手方向(Y方向)における熱膨張に関しては、その全体量が小さいので、一般的には無視可能である。
同様の思想により、スペーサ104bは、スタッド103が通される穴として、コイル群101bの各コイルの長手方向に沿って長い長穴を有することが好ましい。このような構成によれば、コイル群101bの各コイルに対して、熱膨張時に長手方向(熱膨張の絶対量が大きい方向)、すなわちY方向に移動する自由度が与えられる。なお、コイル群101bの各コイルの短手方向(X方向)における熱膨張に関しては、その全体量が小さいので、一般的には無視可能である。
コイル群コイル101a、101bが発生する駆動力の方向(上層コイル101aの場合はY方向、下層コイル101bの場合はX方向、すなわち、それらの各短手方向)については、スタッド103とスペーサ104a、104bとを嵌め合いにすることで、ステージ(可動子)116を制御するコイル推力特性を一定に保つことができる。
以上のように、コイル群101a、101bは、スタッド103及びスペーサ104a、104b等を介して、それぞれの長手方向への熱膨張を許すように固定子定盤(支持体)107によって支持されている。ここで、コイル群101a、101bは、それぞれの短手方向に関しては、コイル推力特性を一定に保つ観点において、スタッド103及びスペーサ104a、104bによって位置が規制されることが好ましい。
給電端子120は、コイルに電流を供給するドライバユニットに対して導線114を介して接続されている。導電114は、例えば、給電端子120の下端等に半田付けされてもよいし、バネ等の弾性部材を使って給電端子120に圧接されてもよいし、勘合タイプのコネクタを介して給電端子120に接続されてもよい。
[第2実施形態]
図4は、第1実施形態として例示的に示された本発明の電磁アクチュエータをステージ装置の構成部品として採用した本発明の第2実施形態としての露光装置の構成を概略的に示す図である。
図4に示す露光装置500は、例えば、半導体デバイス、液晶表示デバイス、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の、微細なパターンを含むデバイスの製造に利用される。露光装置500は、レチクル等の原版を介してウエハ等の基板に照明系ユニット501から露光エネルギー(例えば、可視光、紫外光、EUV光、X線、電子線、荷電粒子線等)を投影系(例えば、屈折レンズ、反射レンズ、反射屈折レンズシステム、荷電粒子レンズ等)を介して照射することによって、ウエハステージ等の基板ステージ504に搭載された基板上の感光剤に潜像パターンを形成する。ここで、電子線等の荷電粒子線を利用する方式においては、原が不要な場合もある。
基板ステージ504に搭載されたチャック上に基板(対象物)を保持し、照明系ユニット501によって、原ステージ502に搭載された原版のパターンを基板上の各領域にステップアンドリピート又はステップアンドスキャン等の各種方式で転写する。第1実施形態の電磁アクチュエータは、基板ステージ504及び原ステージ502の少なくも一方の部品として好適である。
[第3実施形態]
次に、本発明の第3の実施形態として、第2実施形態として例示的に説明された露光装置を適用したデバイス製造方法の一例として、半導体デバイスの製造方法について説明する。図5は、半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。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う。ステップ2(マスク作製)では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。
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、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用し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5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)等の組み立て工程を含む。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、ステップ7でこれを出荷する。
上記ステップ4のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するCVDステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをウエハ上の感光剤に転写して潜像パターンを形成する露光ステップ、露光ステップでウエハ上の感光剤に形成された潜像パターンを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。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を形成する。
本発明の電磁アクチュエータの好適な実施形態としての平面モータの概略構成を示す図である。 図1に示す平面モータ100をY軸方向に沿って切断した断面図である。 図1の一部を拡大した図である。 第1実施形態として例示的に示された本発明の電磁アクチュエータをステージ装置の構成部品として採用した本発明の第2実施形態としての露光装置の構成を概略的に示す図である。 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。 特許文献1に記載されたステージ装置の説明図である。
符号の説明
101、101a、101b コイル群
102 スタッド
103 スタッド
104 スペーサ
105 さらばね
106 締結部材(ボルト)
107 固定子定盤
108 上蓋
109、109a、109b 受電部
110、110a、110b 給電部
111 シールワッシャー
112 シール部(Oリング)
113 ダミースペーサ
114 導線
115 弾性部材(バネ)
116 ステージ(平面モータ可動子)
117 磁石
119、119a、119b 受電端子
120、120a、120b 給電端子
500 露光装置
501 照明系ユニット
502 原板ステージ
503 投影レンズ
504 基板ステージ

Claims (10)

  1. 長手方向と短手方向とを有する形状で、かつ空心部を有するコイルと、
    前記コイルに固定された受電部と、
    前記コイルを支持する支持体と、
    前記支持体に固定された給電部とを備え、
    前記受電部は、前記コイルに電気的に接続された受電端子を有し、
    前記給電部は、給電端子を有し、
    前記受電端子は、前記給電端子に対して前記長手方向への熱膨張を許すように摺動可能な状態で接触し、
    前記支持体は、定盤と、前記空心部に配置され、前記長手方向及び前記短手方向に直交する方向に前記定盤から延びた状態で前記定盤に固定される支持部材とを含み、前記支持部材は、前記コイルと前記支持部材とが前記短手方向に当接することで前記コイルを支持し、前記長手方向に前記コイルと前記支持部材との間に隙間が設けられることを特徴とするコイルユニット。
  2. 前記コイルの空芯部にはスペーサーが固定され、
    前記支持部材は、前記スペーサーと前記支持部材とが前記短手方向に当接することで前記コイルを支持し、前記長手方向に前記スペーサーと前記支持部材との間に隙間が設けられることを特徴とする請求項1に記載のコイルユニット。
  3. 前記長手方向と短手方向とを有する形状は、略長円形または略長方形であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のコイルユニット。
  4. 前記受電端子と前記給電端子とを圧接させるための弾性部材を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のコイルユニット。
  5. 前記コイルを複数備え、
    前記複数のコイルは、それらの各長手方向が第1方向に沿うように配置された第1コイル群を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載のコイルユニット。
  6. 前記複数のコイルは、それらの各長手方向が前記第1方向に直交する第2方向に沿うように配置された第2コイル群を含むことを特徴とする請求項に記載のコイルユニット。
  7. 請求項又は請求項に記載のコイルユニットを有する第1要素と、
    前記第1要素の前記コイルユニットに電流を流したときに発生する磁界との電磁的相互作用によって前記第1要素に対して相対的に移動する第2要素とを備え、
    前記第1コイル群に電流を流したときに、前記第2要素は前記第1要素に対して前記短手方向に相対的に移動することを特徴とする電磁アクチュエータ。
  8. 基板ステージと、
    原版ステージと、
    前記原版ステージに保持された原版のパターンを前記基板ステージに保持された基板に投影する投影系とを備え、
    前記基板ステージ及び前記原版ステージの少なくとも一方を請求項に記載の電磁アクチュエータによって駆動することを特徴とする露光装置。
  9. 基板ステージと投影系とを有し、
    前記基板ステージに保持された基板に前記投影系を介して露光エネルギーを照射して潜像パターンを形成する露光装置であって、
    前記基板ステージを請求項に記載の電磁アクチュエータによって駆動することを特徴とする露光装置。
  10. デバイス製造方法であって、
    基板に感光剤を塗布する工程と、
    前記基板上の感光剤に請求項又は請求項に記載の露光装置によって潜像パターンを形成する工程と、
    前記潜像パターンを現像する工程と、
    を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
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