JP4948886B2 - ステージ装置および露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、パターン原版（マスク、レチクル）等を載置して移動・位置決めするための磁気浮上式ステージが非接触に支持され、リニアモータで駆動され、任意の位置に位置決めされるステージ装置における、特に支持機構に関するものであり、このステージ装置が備えられた露光装置に関するものである。

半導体デバイス等の微細パターンを形成するためのいわゆるリソグラフィ技術の分野においてステージ装置が用いられている。リソグラフィ技術において現在主流である光露光装置では、ステージ駆動源として、高分解能位置決め線形制御が可能で高推力のリニアモータ等の電磁アクチュエータが広く用いられている。また、ステージの位置測定には、高分解能のレーザ干渉計が広く用いられている。さらに、定盤上のステージのＸＹガイド方式としては、ステージの位置決めが容易になるよう、高剛性のプリロード排気付き静圧軸受けが用いられている。そして、これらにより、ステージの数ｎｍオーダの位置決めが可能となりつつある。

光露光装置においては、パターン原版を載置する原版ステージと、原版パターンが転写される感応基板を載置する感応基板ステージとを同期走査しながら、パターンを感応基板上に投影転写（いわゆるスキャン露光）するものがある。この種のスキャン露光を行う光露光装置では、感応基板ステージを移動させて転写すべき露光領域を投影光学系の光軸上に位置決めするステップ動作と、原版ステージと感応基板ステージを同期移動させながら走査露光するスキャン動作を繰り返す。

そして、半導体集積回路や液晶基板の回路基板を感光基板に転写するために、高速・高加速を実現してスループットを向上できる利点を有する磁気浮上式ステージ装置と、そのようなステージ装置を備える露光装置として、例えば、特許文献１のものが開示されている。
特開２００５−７９３６８号公報（第１５頁、第１図、第２図）

図５は、特許文献１記載の発明に係るステージ装置の内部構成を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側断面図である。
図において、ステージ装置１００は板状のステージベース１０１を備えている。
このステージベース１０１は、外周の３箇所の張り出し部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを有している。
ステージベース１０１の張り出し部１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃのそれぞれは、球面座１０２ａ、１０２ｂ、１０３ｃを介して露光装置のボディＢＤ（図５（ｂ））上に配置されている。
ステージベース１０１の下面には、Ｙ方向に沿って互いに平行に延びる固定フレーム１０３、１０４が固定されている。
これらの固定フレーム１０３、１０４の内側には、四角い枠状のカウンタマスフレーム１０５が取り付けられており、カウンタマスフレーム１０５の四隅の上下面（計８個）と、各固定フレーム１０３、１０４の内側上下面との間には、それぞれエアパッド１０６が介装されている。各エアパッド１０６は多孔オリフィス材からなる長方形の部材であり、図示せぬエア源からエアが供給されると多孔オリフィスからエアが噴出して、カウンタマスフレーム１０５が固定フレーム１０３、１０４に対して非接触支持される仕組みになっている。

カウンタマスフレーム１０５を非接触支持するエアパッド部１０６のギャップ長は数μｍと非常に小さいが、それを正確に保持しないと所要の浮上特性が得られず、また最悪の場合は互いに相対するエアパッド１０６が接触して噛り付きを生じる可能性もある。よって、カウンタマスフレーム１０５および固定フレーム１０３，１０４の各エアパッド面１０６の平面度および互いの平行度は極めて高い精度が要求される。ステージベース１０１が３個の球面座１０２ａ，１０２ｂ、１０２ｃで支持されるのも、基台（ボディＢＤ）の歪によりステージベース１０１が変形しないようにするためである。
ところが、球面座１０２ａ，１０２ｂ、１０２ｃで支持されたステージベース１０１にはステージベース自身の自重や取り付けられる構造物の重量などにより変形が生じる。しかしながら、その量を事前に正確に予測することは困難であるため、それに取り付くエアパッド１０６は現物合わせで加工する必要がある。エアパッド１０６の材質としては、剛性の高さ、表面の硬さ、熱膨張の小ささ等からセラミックスが採用されることが多く、難削材ゆえ現物合わせで加工するためには高い加工技術と多大な加工時間を要し、コストアップが避けられなかった。
また、ステージベース１０１の変形を抑える為には、ステージベース自身の剛性を高めることが有効であるが、その反面重量が増す傾向となり、ステージ装置全体の重量が増加する原因でもあった。
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ステージベースを用いないで構成可能なステージ装置と、ステージ装置を用いた露光装置を提供することを目的とするものである。

上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたものである。
請求項１記載の発明は、ステージ装置に関し、基台と、前記基台に設けられた複数の球面座と、前記球面座のそれぞれに支持され、断面コ字状部分を有する固定フレームと、前記固定フレームのそれぞれのコ字状の対向面にそれぞれ設けられた平面状のエアパッドと、前記固定フレームのそれぞれのコ字状の対向面の内側に入り込むよう設けられ、前記平面状のエアパッドによって前記固定フレームに対して非接触浮上するステージと、を備え、前記平面状のエアパッドが前記ステージに対して平行となるよう、前記固定フレームのそれぞれが前記球面座によって動作することを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のステージ装置において、前記球面座それぞれの上座と下座の合わせ面にエアを噴出させて、該上座を浮上させたことを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のステージ装置において、前記固定フレームが、前記基台に取り付けられた弾性を有するヒンジ部材に連結されることによって、前記平面状のエアパッドの面と平行な方向以外の方向の剛性が、前記平面状のエアパッドの面と平行な方向の剛性よりも強い剛性を有するよう拘束されたことを特徴としている。
請求項４記載の発明は、露光装置に関し、真空チャンバ内に、光源と、前記光源からの光を反射・集光する光学系と、下面にマスクを取付けることのできるステージ装置と、ウエハを載置するウエハステージと、を備えた露光装置において、前記ステージ装置として、請求項１〜３のいずれか１項記載のステージ装置を備え、前記ステージ装置および前記ウエハステージを相対的に移動させて、前記マスク上に描かれた回路パターンの縮小像を前記ウエハ上に形成することを特徴としている。

本発明によれば、ステージベースは使用せず、各エアパッドは球面座で直接支持されるため、ステージベースの変形の影響を受けなくなる。
本発明によれば、複数の球面座にエアパッドを設置した際に、球面座の上座と下座の摩擦によりエアパッドが傾いて設置された場合でも、上座を浮上させることにより、エアパッドは球面座からの拘束が解かれ、エアパッド自身の浮上力により、相対するエアパッドが平行となる。この後、エアの供給を停止して上座を下降させることにより、相対するエアパッドが完全に平行な状態での設置が可能となる。
エアパッドが１個のみの球面座で支持された場合は、球面座にエアを供給して上座を浮上させた時や、エアの供給をせず上座が下降している時であっても、何らかの外力がエアパッドに加わった場合にエアパッドが回転してエアパッドを固定している固定フレームとカウンタマスフレームが接触してしまう恐れがあったのを、本発明によれば、エアパッドの回転を防止することが可能となり、弾性支持することにより基台の変形や振動等のエアパッドに対する外乱要素を遮断することができる。
本発明によれば、１個のエアパッドを複数の球面座で支持することにより、球面座にエアを供給して上座を浮上させた時や、エアの供給をせず上座が下降している時であっても、何らかの外力がエアパッドに加わった場合にエアパッドが回転してしまうことを防止できる。
本発明によれば、ステージの構成が簡単となり、エアパッドの加工が容易となることから大幅なコスト削減が可能となり、また、ステージ装置全体の重量のうち大きな比率を占めるステージベースが不要となることから、かかるステージ装置を用いた露光装置も同じく軽量化が可能でとなる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図を参照して説明する。

図１は本発明の実施例１に係るステージ装置を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
図において、１はステージ装置、２は基台、３はステージである。縦断面でコの字形状をした固定フレーム４ａ、４ｂの内側上下面には多孔オリフィスを有するエアパッド５を備えている。ステージ３の４隅の上下面にはエアパッド５と相対する位置にパッド６が固定されている。エアパッド５に外部より空気を供給し、多孔オリフィスから噴出する空気によりステージ３を非接触で浮上させる。
ステージ３を浮上させるための負荷容量や外部からステージ３に作用する負荷に対して十分な剛性を得る為には、浮上時におけるエアパッド５とパッド６のギャップ長は通常数μｍに設定する場合が多い。
固定フレーム４ａ、４ｂは３つの球面座７を介して基台２上に設置されている。球面座７の下座の上面には多孔オリフィスを有し、外部より空気を供給することにより上座と下座の間に空気を噴出させて上座を非接触浮上させることが可能なようになっている。
固定フレーム４ａ、４ｂを球面座７上に設置した際、球面座の上座と下座の摩擦がゼロであれば、エアパッド５とパッド６が互いに平行となるような位置に固定フレーム４ａ、４ｂが自ら移動するが、実際は球面座の上座と下座の摩擦はゼロではないので、エアパッド５とパッド６が互いに完全な平行にならない場合や、固定フレーム４ａ、４ｂやステージ３に内部応力を生じながら平行になる場合がある。
また、ステージ装置１の組立が進行する途中でステージ３や基台２に変形が発生すると、エアパッド５とパッド６の平行具合にも変化が生じてしまう。

本発明では、ステージ装置１の組立が完了した時点で、球面座７に空気を供給して上座を浮上させることにより、上座と下座の間の摩擦をゼロとし、エアパッド５とパッド６が互いに平行となるような位置に固定フレーム４ａ、４ｂを移動させることができる。
固定フレーム４ｂは１個の球面座７で支持されるため、球面座７の上座を浮上させた場合や、上座が下降している時に固定フレーム４ｂに外力が作用した場合などに固定フレーム４ｂが回転してしまい、ステージ３と接触する恐れがある。
これを防止するために、基台２から立ち上げたヒンジベース８と固定フレーム４ｂを弾性を持ったヒンジ部材９で連結している。ヒンジ部材９は水平方向には強い剛性を持ち、その他の方向には低い剛性を持つものとしているので、固定フレーム４ｂに対して回転方向には回転し難くしているが、それ以外の方向については拘束力を弱めている。

図２は本発明の実施例２に係るステージ装置を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
図において３つの固定フレーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃはそれぞれ１個の球面座７で支持されており、球面座の上座を浮上させることにより、３つの固定フレーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃを独立に移動させることが可能となり、それぞれのエアパッド５とパッド６が最も平行になるような状態にすることができる。３つの固定フレーム１０ａ、１０ｂ、１０ｃはそれぞれヒンジベース８、ヒンジ９により回転防止を行う必要がある。

図３は、図１および図２に示す球面座７の構造と動作を説明する図で、（ａ）は非浮上時、（ｂ）浮上時、（ｃ）は移動時をそれぞれ示している。
図において、球面座７は上座７１と下座７２とで構成され、下座７２には上座７１に対して下方から垂直に上方に延びる多孔オリフィス７２ａ〜７２ｅとこれらの多孔オリフィス７２ａ〜７２ｅに空気を供給する共通孔７２ｐとを備えている。
（ａ）は共通孔７２ｐに空気Ｌを供給していない状態であり、この場合上座７１は下座７２の上に乗っかって非浮上状態となっている。
（ｂ）は外部より共通孔７２ｐに空気Ｌを供給して上座７１が下座７２から浮上し、浮上した上座７１は下座７２と非接触状態となっている。
このように上座７１が下座７２に非接触状態となっているので、僅かな力Ｆを上座７１に与えるだけで、上座７１は（ｃ）のごとく下座７２上を自由に移動することが可能となる。

図４は、本発明の実施例３に係る露光装置の図で、実施例１又は２のステージ装置を備えた露光装置である。図において、１１は露光装置であり、１２は露光装置１１を収納する真空チャンバーである。１３は光源であり、波長１３．５〜４００ｎｍのＥＵＶ光を発する。１は本発明に係るステージ装置であり、前記実施例１又は２で説明したいずれかの２軸位置決め装置である。
ステージ装置１の下面にはマスク１５が取り付けられている。マスク１５にはウェハ１６に形成される回路のパターンが描かれている。ウェハ１６はウェハステージ１７に載置されている。
光源１３を発したＥＵＶ光は集光ミラー１８で集光され、マスク１５で反射され、凹面ミラー１９、凸面ミラー２０、２１、凹面ミラー２２の順に反射を繰り返して、ウェハ１６に達する。
また、ステージ装置１およびウェハステージ１７は、ウェハ１６の表面にマスク１５上に描かれた回路パターンの縮小像をウェハ１６上に形成するように、相対的に位相を合せて移動する。

本発明は、半導体製造等の分野で、対象物を平面内で自在に位置決めするステージ装置として有用である。

本発明の実施例１に係るステージ装置お示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側断面図である。 本発明の実施例２に係るステージ装置お示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側断面図である。 図１および図２に示す球面座の構造と動作を説明する図で、（ａ）は非浮上時、（ｂ）浮上時、（ｃ）は移動時をそれぞれ示している。 本発明に係るステージ装置を備えた露光装置の概略構成図である。 特許文献１記載の発明に係るステージ装置の内部構成を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側断面図である。

符号の説明

１ ステージ装置
２ 基台
３ ステージ
４ 固定フレーム
５ エアパッド
６ パッド
７ 球面座
７１ 上座
７２ 下座
７２ａ〜７２ｅ 多孔オリフィス
７２ｐ 共通孔
８ ヒンジベース
９ ヒンジ部材
１０ 固定フレーム
１１ 露光装置
１２ 真空チャンバー
１３ 光源
１５ マスク
１６ ウェハ
１７ ウェハステージ
１８ 集光ミラー
１９ 凹面ミラー
２０ 凸面ミラー
２１ 凸面ミラー
２２ 凹面ミラー
１００ ステージ装置
１０１ ステージベース
１０２ 球面座
１０３ 固定フレーム
１０４ 固定フレーム
１０５ カウンタマスフレーム
１０６ エアパッド
Ｌ 空気
Ｆ 力

Claims (4)

1. 基台と、
   前記基台に設けられた複数の球面座と、
   前記球面座のそれぞれに支持され、断面コ字状部分を有する固定フレームと、
   前記固定フレームのそれぞれのコ字状の対向面にそれぞれ設けられた平面状のエアパッドと、
   前記固定フレームのそれぞれのコ字状の対向面の内側に入り込むよう設けられ、前記平面状のエアパッドによって前記固定フレームに対して非接触浮上するステージと、を備え、
   前記平面状のエアパッドが前記ステージに対して平行となるよう、前記固定フレームのそれぞれが前記球面座によって動作することを特徴とするステージ装置。
2. 前記球面座それぞれの上座と下座の合わせ面にエアを噴出させて、該上座を浮上させたことを特徴とする請求項１記載のステージ装置。
3. 前記固定フレームが、前記基台に取り付けられた弾性を有するヒンジ部材に連結されることによって、前記平面状のエアパッドの面と平行な方向以外の方向の剛性が、前記平面状のエアパッドの面と平行な方向の剛性よりも強い剛性を有するよう拘束されたことを特徴とする請求項１または２記載のステージ装置。
4. 真空チャンバ内に、光源と、前記光源からの光を反射・集光する光学系と、下面にマスクを取付けることのできるステージ装置と、ウエハを載置するウエハステージと、を備えた露光装置において、
   前記ステージ装置として、請求項１〜３のいずれか１項記載のステージ装置を備え、
   前記ステージ装置および前記ウエハステージを相対的に移動させて、前記マスク上に描かれた回路パターンの縮小像を前記ウエハ上に形成することを特徴とする露光装置。

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