JP4617119B2 - 駆動装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、多相励磁正弦波駆動方式のリニアモータを用いた駆動装置に関する。

半導体露光装置のマスクステージやウエハステージを駆動する駆動装置として、可動子の位置に応じて通電すべきコイルを選択的に切換える多相リニアモータを用いたものが知られている。このような多相リニアモータの駆動電流を制御する方法として、多相励磁正弦波駆動方式が特許文献１や特許文献２に開示されている。特許文献１や特許文献２において、ステージ駆動は、磁束密度の位相角が９０度相当離れた位置にある２相のコイルに対してそれぞれの磁束密度に相当する電流を同時に流す（２相励磁する）ことで、ｓｉｎ^２（ｘ）＋（−ｃｏｓ（ｘ））^２ ＝ １の原理を利用して一定の推力を得ている。

図７は複数のコイルを有する多相リニアモータの構成の一例を示す。１５が可動マグネット、１４が固定子コイルである。固定子コイル１４には便宜上Ｎｏ．１〜４までの番号を付してある。このような構成で可動子１５の位置に応じて駆動するコイル１４および電流の向きを切り替えて可動子を移動させる。

図８に多相リニアモータの可動子の位置に対する、各コイルを通過する磁束の磁束密度を表す磁束密度分布の一例を示す。コイルＡ相とＢ相（２相）は図７のコイルＮｏ．１とＮｏ．２として考えることができる。ここで、Ａ相の磁束密度が可動子位置をｘとしたときにｃｏｓ（ｘ）で表せる場合にはＡ相にｃｏｓ（ｘ）に比例する電流を流し、Ａ相に対して磁束密度の位相角が９０度ずれたＢ相（磁束密度はｓｉｎ（ｘ）で表せる）にはｓｉｎ（ｘ）に比例する電流を流すことになる。
特開平９−１９１７８号公報 特開２００２−２５８２８９号公報 特開２００２−８９７１号公報

上記方式では、可動子の位置によってはある１相のコイルのみで大部分の加速を行う場合がある。たとえば図８において、ｐｏｓ＿ａの位置のように、Ｂ相のコイルの磁束密度が０になる場所、つまり電気的位相角が０度になる場所では、Ａ相のコイルの磁束密度が最大になり、磁束密度に相当する電流も最大となる。同様にｐｏｓ＿ｂ、ｐｏｓ＿ｃ、ｐｏｓ＿ｄの位置でも一方の相で磁束密度が最大となる。これらの位置では、電流消費、発熱が電気的位相角が０度でないコイルに対して発生し、電気的位相角が０度になる相のコイルは、電流消費、発熱が行われない状態となる。これは、可動子の加減速を行う場合等の駆動電力が大きな時に顕著となり、発熱状態がアンバランスとなる場合がある。

このような状態では一方のコイルの温度が相対的に高くなるため、巻線の絶縁皮膜の温度許容値を超える可能性が高くなる。また、各々のコイルの駆動力を発生させるモータドライバは、大きな電流を流すための能力が必要となる。さらに、コイルは温度が高いほど抵抗値が高くなるため、電力効率が低くなる。
本発明は、上述の従来例における問題点を解消することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明では、多相励磁正弦波駆動方式のリニアモータを用いて被駆動物体を駆動する駆動装置であって、前記リニアモータの固定子が前記被駆動物体の駆動方向と同一または略同一方向に移動可能であり、前記被駆動物体を駆動する際に各相のコイルを通過する磁束の磁束密度が正弦波状に変化するように構成され、前記被駆動物体を加減速する際に前記リニアモータにおける各相のコイルの磁束密度の電気的位相角が所定の状態になるように前記固定子を位置決めする固定子移動手段を備え、前記所定の状態は、前記リニアモータの駆動電力が最大となる時点における各相のコイルの磁束密度の電気的位相角が０または０近傍とならないような状態であることを特徴とする。

さらに本発明は、多相励磁正弦波駆動方式のリニアモータを用いて被駆動物体を駆動する駆動装置であって、前記リニアモータの固定子が前記被駆動物体の駆動方向と同一または略同一方向に移動可能であり、前記被駆動物体を駆動する際に各相のコイルを通過する磁束の磁束密度が正弦波状に変化するように構成され、前記被駆動物体を加減速する際の前記リニアモータにおける各相のコイルの磁束密度の電気的位相角が所定の状態になるように前記固定子を位置決めする固定子移動手段を備え、前記所定の状態は、前記リニアモータの駆動電力が最大となる時点において駆動される各コイルの電流が均一または略均一となるような電気的位相角が得られる状態であることを特徴とする。
さらに本発明は、Ｎ（Ｎ≧２）相励磁正弦波駆動方式のリニアモータを用いて被駆動物体を駆動する駆動装置であって、前記リニアモータの固定子が前記被駆動物体の駆動方向と同一または略同一方向に移動可能であり、前記被駆動物体を駆動する際に各相のコイルを通過する磁束の磁束密度が正弦波状に変化するように構成され、前記被駆動物体を加減速する際の前記リニアモータにおける各相のコイルの磁束密度の電気的位相角が所定の状態になるように前記固定子を位置決めする固定子移動手段を備え、前記所定の状態は、前記リニアモータの駆動電力が最大となる時点における各相のコイルの磁束密度の電気的位相角が９０度／Ｎまたはその近傍となるような状態であることを特徴とする。

本発明によれば、特に大電流消費時における消費電流を複数のコイルに分散することにより、各コイルの最大消費電流を抑えることができ、コイル単体の温度上昇を抑え、モータドライバの負担を軽減し、効率の良い電流消費を行うことが可能となる。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
＜第１の実施例＞
図３に本発明の第１の実施例に係るステップ・アンド・スキャン方式の投影型露光装置の構成を示す。同図において、光源９からの光は、照明光学系１０においてスリット状に成形され、その後レチクルステージ４上に保持された原版７上に照射される。さらに、投影光学系６を通った光がウエハステージ５上に保持された感光基板８に露光される。このとき、レチクルステージ４とウエハステージ５を逆方向に移動させることにより、スリット幅より大きな露光フィールドを得ている。
なお、前記のレチクルステージは、前述の多相励磁駆動方式を用いて駆動される。

図４にレチクルステージの平面図を示す。図中の右半分については左半分の構成と同様なので図示を省略する。同図において、被駆動物体であるレチクルステージ４は不図示の気体軸受によりレチクルステージ定盤２０上に微小間隙をおいて浮上され、固定子１３および可動子１５を有するリニアモータにより、矢印の方向に駆動される。固定子１３は複数の固定子コイル１４を有しており、可動子１５はマグネットを有している。固定子１３も、不図示の気体軸受によりレチクルステージ定盤２０上を矢印の方向、即ち、被駆動物体であるレチクルステージの駆動方向と同一又は略同一方向に移動可能である。このように固定子を移動可能にすることで、ステージ駆動時の駆動反力による振動等の影響を低減することができる。固定子１３はリニアモータ１６によって上述の駆動反力を相殺するように駆動することが可能であり、これについては、特開２００２−８９７１号公報に記載のものを用いることができ、詳細な説明は省略する。

レチクル７は、レチクルステージ４に保持され、レチクルステージ４が矢印の方向にレチクル７の画角に応じて駆動され、走査露光される。レチクルステージ４は、可動子１５に固定されており、可動子が移動することにより移動する。また、レチクルステージ（可動子）の位置はレーザ干渉計２１によって計測され、固定子１３の位置もレーザ干渉計２２で計測される。

ステップ・アンド・スキャン露光に際して、レチクルステージの駆動パターンはレチクルのスキャン方向の長さと、スキャン速度、加速度等によって決定されるが、従来、これらのパラメータは露光される基板１枚に対して一定である。従って、レチクルパターンを基板上に露光する場合、レチクルステージは、ある一定の駆動パターンで露光ショット分の回数の駆動を行うことになる。

図５に、可動子の位置に応じた２相のコイルの磁束密度と、レチクルステージの駆動パターンの一例を示す。上図が２相のコイルの磁束密度、下図がレチクルステージの加速度である。ｐｏｓ＿ｍａｘの位置で駆動電力が最大になる場合、この駆動パターンではｐｏｓ＿ｍａｘで駆動電力を発生するのはＡ相のみとなるため、Ａ相のみに負荷がかかる。レチクルパターンを露光する際にレチクルステージは、露光ショットの回数分、同じ駆動パターンで駆動するため、この駆動パターンでは、ｐｏｓ＿ｍａｘの位置のＡ相コイルのみに大きな負荷がかかる。

しかし、露光を開始する前に固定子コイルを移動させ、図６のように、ｐｏｓ＿ｍａｘの位置が、上記のようにならない場所にすることで、前述の問題を回避することができる。

本実施例では、図１および図２を参照しながら説明すると、第１の工程において、制御部２３は露光開始前に露光パラメータを取得する。露光パラメータとして、レチクルのスキャン方向の長さと、スキャン速度、加速度等がある。

次に第２の工程において、制御部２３は取得したパラメータによって決定されるレチクルステージの駆動パターン（プロファイル）を求める。そして、求めた駆動パターンに基づいて、最も駆動電力を要する時間（ｔ１）を算出し、そこから求まる最も駆動電力を要する位置（Ｌ１）を算出する。

第３の工程においては、第２の工程にて求めた位置（たとえば図５におけるｐｏｓ＿ｍａｘ）が、少なくとも１相のコイルの磁束密度が０になる位置またはその近傍と一致しないように固定子の位置決めを行い、固定子を移動する。また、少なくとも１相のコイルの磁束密度が０になる位置はあらかじめテーブルとして記憶しておくことができる。固定子を移動する位置は、テーブルに記憶してある位置またはその近傍と一致しなければよい、即ち、コイルの電気的位相角が各相とも０又は０近傍とならないような状態であればよいが、コイルの電気的位相角がＡ相、Ｂ相共に４５度になる位置（図６のｐｏｓ＿ｍａｘの位置）になるよう設定すると局所的なコイルの発熱がより緩和されるため好ましい。即ち、リニアモータの駆動電力が最大となる時点において駆動される各コイルの電流が均一または略均一となるような電気的位相角が得られる状態であることが好ましい。

上記の例において、同じ駆動パターンが繰り返される場合は、最初に一度だけ、第１、第２および第３の工程を行えばよい。

以上の例では、レチクルステージの駆動方法について述べたが、ウエハステージでも同様の方法で用いることは可能である。この場合にはステップ・アンド・スキャン方式に限る必要はなく、いわゆるステップ・アンド・リピート方式でもよい。

本実施例によれば、従来例のように一部のコイルのみが大きく発熱するということをなくし、各コイルの最大消費電流を抑えることで、コイル単体の温度上昇を抑え、モータドライバの負担を軽減し、効率の良い電流消費を行うことが可能となる。

＜他の実施例＞
以上に示した第１の実施例においては、２相励磁正弦波駆動方式を用いているが、３相以上の場合も同様の効果が得られる。Ｎ相励磁正弦波駆動方式の場合、最良の位置は、９０度／Ｎとなる。また、コイルに流す電流として正弦波は、たとえばｓｉｎ（３ｘ）、ｓｉｎ（５ｘ）等の高調波成分を含んでいてもよい。

さらに、上記実施例においては、ムービングマグネット型リニアモータを用いているが、ムービングコイル型リニアモータの場合にも本発明を適用することができる。

＜半導体デバイス製造の実施例＞
次に、この露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。
図９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う。ステップ２（マスク製作）では設計した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を設置した露光装置とウエハを用いて、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レジスト処理ステップ後のウエハに焼付露光する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハ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。

本発明の一実施例に係るステージ駆動の手順を説明するためのフロー図である。 可動子の駆動パターンの一例を示すタイムチャートである。 本発明の一実施例に係るスキャニング露光方式の投影型露光装置の構成図である。 図５におけるレチクルステージの一例の構成図である。 １相のみに負荷がかかる場合の、多相励磁駆動方式を用いたリニアモータコイルの磁束密度分布の一例を示す図である。 本発明の一実施例により、２相のコイル双方に同等の負荷がかかるようにした場合の、リニアモータコイルの磁束密度分布の一例示す図である。 多相励磁駆動方式を用いたリニアモータの駆動方法を示す図である。 多相励磁駆動方式を用いたリニアモータの、コイルの磁束密度分布の一例を示す図である。 デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。

符号の説明

４：レチクルステージ、５：ウエハステージ、６：投影光学系、７：原版（レチクル）、８：感光基板、９：光源、１０：照明光学系、１３：固定子、１４：固定子コイル、１５：可動子（マグネット）、ｐｏｓ＿ｍａｘ：リニアモータの駆動力が最大になる位置、１６：リニアモータ、２１，２２：レーザ干渉計、２３：制御部。

Claims (5)

1. 多相励磁正弦波駆動方式のリニアモータを用いて被駆動物体を駆動する駆動装置であって、
   前記リニアモータの固定子が前記被駆動物体の駆動方向と同一または略同一方向に移動可能であり、
   前記被駆動物体を駆動する際に各相のコイルを通過する磁束の磁束密度が正弦波状に変化するように構成され、
   前記被駆動物体を加減速する際に前記リニアモータにおける各相のコイルの磁束密度の電気的位相角が所定の状態になるように前記固定子を位置決めする固定子移動手段を備え、
   前記所定の状態は、前記リニアモータの駆動電力が最大となる時点における各相のコイルの磁束密度の電気的位相角が０または０近傍とならないような状態であることを特徴とする駆動装置。
2. 多相励磁正弦波駆動方式のリニアモータを用いて被駆動物体を駆動する駆動装置であって、前記リニアモータの固定子が前記被駆動物体の駆動方向と同一または略同一方向に移動可能であり、
   前記被駆動物体を駆動する際に各相のコイルを通過する磁束の磁束密度が正弦波状に変化するように構成され、
   前記被駆動物体を加減速する際の前記リニアモータにおける各相のコイルの磁束密度の電気的位相角が所定の状態になるように前記固定子を位置決めする固定子移動手段を備え、
   前記所定の状態は、前記リニアモータの駆動電力が最大となる時点において駆動される各コイルの電流が均一または略均一となるような電気的位相角が得られる状態であることを特徴とする駆動装置。
3. Ｎ（Ｎ≧２）相励磁正弦波駆動方式のリニアモータを用いて被駆動物体を駆動する駆動装置であって、
   前記リニアモータの固定子が前記被駆動物体の駆動方向と同一または略同一方向に移動可能であり、
   前記被駆動物体を駆動する際に各相のコイルを通過する磁束の磁束密度が正弦波状に変化するように構成され、
   前記被駆動物体を加減速する際の前記リニアモータにおける各相のコイルの磁束密度の電気的位相角が所定の状態になるように前記固定子を位置決めする固定子移動手段を備え、
   前記所定の状態は、前記リニアモータの駆動電力が最大となる時点における各相のコイルの磁束密度の電気的位相角が９０度／Ｎまたはその近傍となるような状態であることを特徴とする駆動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の駆動装置を原版ステージおよび／または基板ステージの駆動装置として備えることを特徴とする露光装置。
5. 請求項４に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   露光した前記基板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。

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