JPH1118406A - リニアモータとステージ装置及びこれを用いた走査型露光装置やデバイス製造方法 - Google Patents
リニアモータとステージ装置及びこれを用いた走査型露光装置やデバイス製造方法Info
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- JPH1118406A JPH1118406A JP9170269A JP17026997A JPH1118406A JP H1118406 A JPH1118406 A JP H1118406A JP 9170269 A JP9170269 A JP 9170269A JP 17026997 A JP17026997 A JP 17026997A JP H1118406 A JPH1118406 A JP H1118406A
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Abstract
ニアモータを提供する。 【解決手段】 固定子と可動子を有し、固定子は走査方
向に配列された複数のコイル列と一つのコイルで構成し
たユニットとする。また可動子は複数の磁石列を走査方
向(Y方向)に配列すると共に1セットの磁石をこれを
直交するX方向に配列したユニットをする。これによ
り、走査方向と共にこれと直交する方向にも微小変位の
駆動が可能となる。
Description
行うのに用いられるリニアモータやステージ装置、及び
このステージ装置を用いた微小デバイス等の製造に適し
た走査型露光装置に関する。
光装置として、近年、大きな露光領域を有する走査型の
露光装置が注目されている。この装置は、レチクル上に
描かれた半導体デバイスのパターンの一部を感光剤が塗
布された半導体基板上に投影するための露光光学系と、
レチクルを走査移動させるためのレチクルステージと、
ウエハを走査移動させるためのウエハステージとを有
し、それぞれのステージは走査移動を行う。走査移動の
際は、露光光学系によってウエハ上に形成されるレチク
ルパターンの像がぼけたり歪んだりしないように、精度
良く互いに位置関係が制御される。ステージの位置はレ
ーザ干渉計による測長器によって計測される。ステージ
の駆動手段としては制御性の優れた電磁式のリニアモー
タが使用される。
ージ装置の概念を示した図である。レチクルなどの工作
物100を搭載したステージ可動部の両側に可動子10
1が配置されており、ガイド102に搭載されている。
各可動子101に対応する位置に、可動子101とは非
接触に固定子103が配置されている。固定子103は
移動方向に配列された固定子となる複数のコイル104
及びコイルを支持する固定子枠105よりなる。可動子
101は磁石106とヨーク107よりなる。コイル1
04に電流を流すことによって可動子101に推力を発
生させる。移動にともなって順次電流を流すコイルを切
り替えて移動ストロークを大きくし、必要な移動ストロ
ークを確保している。
のみであり、移動方向以外の方向はエアベアリングなど
の案内手段によって拘束している。
に示すステージ装置を走査型露光装置のレチクルステー
ジに適用した場合、レチクルの走査移動方向以外の位置
あるいは真直度は、案内手段の案内面の形状などによっ
て定まる。すなわち、案内手段によって移動方向以外の
方向を拘束しているため、その方向に関する位置決めは
案内手段の機械的性能の制限を受ける。
パターンの投影像の動きと、ウエハの動きとを所定の誤
差内で一致させることが重要である。投影像の動きとウ
エハの動きが大きくずれている場合には、パターン像が
ぼけてウエハに転写されたり、全体のパターン形状が歪
んで転写されたりする要因となる。
ジとは、露光動作のための走査移動の最中には両者の相
対的な位置関係を所定の高い精度内に管理しなければな
らず、これをいかに向上させるかが走査型露光装置の性
能を向上させる上での課題である。
ので、走査型露光装置に適した真直度の高いリニアモー
タやステージ装置を提供すること目的とする。さらにこ
のステージ装置を用いることによって露光転写精度を高
めた走査型露光装置を提供することを目的とする。
るための本発明のリニアモータは、固定子に対して可動
子を所定のストロークに渡って走査移動させるリニアモ
ータにおいて、該可動子を走査方向と共にこれと直交す
る方向にも変位させる駆動力を生成する電磁手段を備え
たことを特徴とするものである。
沿って複数個並べて配列した第1コイルと、該第1コイ
ルとは別に配置された第2コイルとを有し、かつ、前記
可動子は、走査方向に沿って並べた第1の永久磁石と、
該走査方向と直交する方向に沿って並べた第2の永久磁
石とを有することで前記電磁手段を構成している。
アモータによって可動ステージを移動させることを特徴
とするものである。
ルのパターンの一部をウエハに投影し、レチクル及びウ
エハを共に走査することによってレチクルのパターンを
ウエハに露光転写する走査型露光装置であって、レチク
ルを走査移動させるためのステージ装置が上記構成を備
えることを特徴とするものである。
スを製造するデバイス製造方法も本発明の範疇に含まれ
る。
下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図1は
本実施形態の走査型露光装置の側面図、図2は斜視図で
ある。
チクル(原版)のパターンの一部を投影光学系を介して
ウエハステージ上のウエハ(被露光基板)に投影し、投
影光学系に対しレチクルとウエハとをY方向に走査する
ことによりレチクルパターンを感光剤を塗布したウエハ
に露光転写する。走査露光はウエハ上の複数の転写領域
(ショット)に対して繰り返し行なわれ、ウエハステー
ジはステップ移動と走査移動を交互にを行う。それゆえ
ステップ・アンド・スキャン型の露光装置と称する。レ
チクルステージに搭載されたレチクルの一部に照明光学
系から露光用の照明光が照射される。この照射領域はス
リット状であり、レチクルのパターン領域の一部をカバ
ーする。このスリット部分に相当するパターンは投影光
学系によって1/4のサイズに縮小されて、ウエハステ
ージに搭載されたウエハ上に縮小投影される。
はレチクルステージリニアモータ4によってY方向に駆
動される。後述するように本実施形態の特徴の一つはこ
のリニアモータ4の構造および機能にある。また、ウエ
ハステージ3(3a〜3d)のウエハXステージ3aは
ウエハXステージリニアモータ5によってX方向に駆動
される。ウエハYステージ3bはウエハXステージリニ
アモータ5を搭載しており、ウエハYステージリニアモ
ータ6によってY方向に駆動される。
レチクルステージ1及びウエハYステージ3bをY方向
へのおおむね一定の速度比率(例えば4:−1、「−」
は移動方向が逆向きであることを示す)で駆動させるこ
とにより行う。ウエハXステージ3aにはZチルトステ
ージ3cが搭載され、その上にはウエハ51を保持する
ウエハチャック3dが取り付けられている。ウエハXス
テージ3aはエアベアリング52によってステージ定盤
7上をZ方向に拘束されてX方向及びY方向に案内され
る。ウエハZチルトステージ3cはウエハXステージ3
aに対して複数のリニアモータ15によってZチルト方
向に駆動される。ウエハZステージ3cとウエハXステ
ージ3aとの間のセンサ16によってZチルト方向の相
対位置が計測される。
けられ、ステージ定盤7は3つのダンパ8を介して3箇
所でベースフレーム10の底面上に支持されている。ま
た、レチクルステージ1、投影光学系2及び照明系14
は鏡筒定盤9に固定して設けられている。鏡筒定盤9は
床に載置されたベースフレーム10の3本の支柱12上
に3つのダンパ11を介して支持されている。ダンパ8
は6軸方向にアクティブに制振もしくは除振するアクテ
ィブダンパであるが、高い減衰特性と適度な弾性率を兼
ね備えた材料あるいは構造を用いたパッシブダンパを用
いて支持してもよい。
ージの位置の計測器であるレーザ干渉計23、ウエハと
投影光学系との光軸方向の位置及び姿勢を計測するフォ
ーカス検出器21及び22、レチクルステージの位置を
計測する計測器であるレーザ干渉計24が設けられてい
る。さらにレチクルステージを支持する鏡筒定盤9とウ
エハステージを支持するウエハ定盤7とのZ方向の相対
的な位置関係を計測するためにギャップセンサ13が設
けられている。
ニアモータの固定子はステージの加減速方向と反対方向
に、加減速推力の反力を受ける。この反力によって鏡筒
定盤が揺れるのを軽減するために、レチクルステージの
モータ固定子はレチクルステージ反力受け手段49によ
って露光装置本体とは別に床から支持されたフレーム9
9に連結されている。フレーム99は露光装置空調チャ
ンバの機械室フレームであり、鏡筒定盤とは独立して床
に設置されたものである。
示したものである。レチクルは可動ステージ1上に設置
される。41はエアベアリングガイドで上面が案内面と
なっている。可動ステージ1の下部にはエアベアリング
のパッドが設けられており、可動ステージ1を案内面上
で鉛直Z方向(露光装置投影光学系の光軸方向)に支持
して、水平XY面内(レチクルパターン面内方向)に可
動となっている。
を計測するための計測手段の反射部材(コーナーキュー
ブ)、242と244はレーザ干渉計であり、先の図1
でレーザ干渉計24として大まかに示したものである。
これら2つのレーザ干渉計によって可動ステージ1の走
査方向(Y)の位置、及び露光光軸回りの回転方向
(θ)の姿勢(ヨーイング)の計測を行う。245は可
動ステージ1の走査方向に対してレチクルパターン面内
で直角方向(X)を計測するための反射部材となるミラ
ーであり、246はこれに対応するレーザ干渉計であ
る。
固定されたリニアモータ可動子ユニットであり、可動ス
テージ1の両側2カ所に設けられる。これは先の図1で
リニアモータ4として大まかに示したものである。一
方、44及び45は露光装置のフレームなどに固定され
たリニアモータ固定子ユニットであり、それぞれ可動子
ユニット42、43に対応して配置されている。固定子
ユニット44、45はともに両端部が鏡筒定盤9に板バ
ネ491を介して低剛性に連結されている。この板バネ
491は、可動ステージ1を走査する際の加減速推力に
よる固定子ユニットにかかる反力が鏡筒定盤9に伝わる
のを軽減するものである。この反力の大部分は反力受け
ロッド49を介してフレーム99に負担させる。反力受
けロッド49は途中2個所に十字バネ部493、494
を備えており、鏡筒定盤9とフレーム99との反力付加
方向以外の方向の相対的な変形をかわしている。
クルリニアモータの詳細な構造並びに機能について説明
する。このリニアモータは、可動子を走査方向と共にこ
れと直交する方向にも変位させる駆動力を生成する電磁
手段を備えたことを特徴とする。これにより、可動子が
Y方向の走査移動範囲のどこに位置しようとも可動子に
対してX方向の駆動力を発生させることができ、逆に可
動子がX方向の可動範囲のどこに位置しようとも、可動
子に対してY方向の駆動力を発生させることができる。
リニアモータの断面を示したもの、図5は固定子ユニッ
トの平面図、また図6は可動子ユニットの平面図であ
る。
は、Y方向(走査方向)で所定の走査範囲に駆動力を発
生させるためのY方向に沿って配列した複数のコイル列
451(第1のコイル)を備えると共に、さらにY方向
と直交するX方向でも微小な範囲で駆動力を発生させる
ための単一のコイル452(第2のコイル)とを有して
いる。第1のコイルと第2のコイルは同一平面内に配列
されている。なお第2のコイルの数は必ずしも1つでな
くてもよいが、第1のコイルよりは数が少ない。
452のY方向の長さは、第1のコイルがY方向に配列
された長さとほぼ等しくなっている。これら第1および
第2のコイルからなる固定子は一つのユニットとして構
成され、周囲を液媒ジャケット453に覆われている。
454は液媒ジャケットへの液媒の導入部、455は冷
媒の排出部である。液媒ジャケットの中に温度制御され
た液媒が流すことによってコイルの温度上昇を抑えるこ
とができる。
のコイルに対応した位置に適切な磁気回路を構成するよ
うに永久磁石とヨークを有する。図4、図6において、
430、431はY方向(走査方向)用の永久磁石列
(第1の永久磁石)であり、固定子コイル451の両側
から挟むように設けられている。第1の永久磁石はY方
向に沿ってS磁石とN磁石が交互に配列されている。磁
石列430、431は基本的には従来例の図11の可動
子の磁石と同様である。また、磁石432〜435はY
方向と直交するX方向用の永久磁石(第2の永久磁石)
であり、X固定子の第2のコイル452を両側から挟む
位置に配置される。なお第2の永久磁石は必ずしも4つ
でなくてもよいが、第1の永久磁石よりは数が少ない。
磁石と共に、これらを保持する鉄部材のヨーク436、
437、438によってリニアモータの可動子ユニット
を構成している。また部材438は可動子と可動ステー
ジ1とを連結する連結部材としての機能も有している。
トは、X方向用の磁石の磁気回路を構成するためのヨー
クと、Y方向用の磁石の磁気回路を構成するためのヨー
クとを同一部材のものから構成して一体化しているた
め、構成が簡単かつ堅固であり、ステージ可動部へ力を
及ぼす部分の剛性が向上することからステージの制御性
が良い。
説明する図であり、走査移動に伴う可動子の位置とその
位置で選択されるコイル、さらにはコイルに流れる電流
の方向を示している。図中、記号AとBとは電流の向き
を示すもので、ともに紙面に垂直な方向で流れる電流の
向きは互いに逆方向である。記号A,Bが描かれていな
いコイルには電流は流れていない。このコイルの切り替
えはステージ可動部のY方向の位置を検出して行う。Y
方向への駆動推進力はY方向固定子の複数のコイル列に
順次電流を流すことによって得られる。可動部の両側の
コイルに流す電流値のバランスは、可動部のY方向の位
置の計測値とヨーイング姿勢の計測値とから制御され
る。X方向のコイルに流す電流はステージ可動部のX方
向の位置の計測値によって制御される。
方向に十分なストロークを有し、X方向にはY方向に比
べて小さいストローク(例えば10分の1以下)となっ
ている。このストローク比は、Y方向/X方向のそれぞ
れの固定子コイルの数や大きさによって決定される。
クルステージの駆動源として使用する際には、Y方向を
レチクルの走査方向と一致させる。すなわち走査露光装
置では、レチクルを所定の走査速度に達するまで加速す
る必要があり、素早い加速を行うのに十分な推力が走査
方向(Y方向)の駆動系に要求されるが、走査方向に直
角なX方向には走査移動の速度に対応する加速を行う必
要ははない。従って、X方向の駆動系にはY方向への加
速の際に発生してしまう僅かな他成分方向の力や、外乱
などの力に対向するだけの推力があればよい。また、必
要とするXな方向の移動ストロークも僅かである。
おいて、一方のリニアモータ45のみを図4〜6で説明
したリニアモータの構成とし、他方のリニアモータ44
を図11に示すような従来タイプの構成としてもよい
し、あるいは両方ともを図4〜6で説明したリニアモー
タの構成としてもよい。
説明したリニアモータの構成とし、他方のリニアモータ
44を図11に示すような従来タイプの構成とする場合
には、干渉計246によって計測されたレチクルステー
ジ1のX方向の位置の計測値を用いてコイル452の電
流を制御する。具体的には、ミラー245の測定面形状
や、取り付け姿勢、干渉計のオフセット値などを補正す
るための予め位置Yの関数としてデータ列あるいは数式
表現で与えられる所定の補正値及び位置Xの指令値と、
干渉計246によって計測されたレチクルステージ1の
X方向の位置の計測値との差を誤差信号としてコイル4
52の電流を制御する電流ドライバの制御系に入力す
る。
とする場合には、前記の誤差信号を左右それぞれのX方
向駆動コイルの電流を制御する電流ドライバの制御系に
入力すればよい。これらの場合、位置Yに対して指令値
が一定の値とすることによって、ステージを真直に走査
移動させることができる。
うな制御方法がある。走査型露光装置において求められ
るのは、レチクルステージとウエハステージとの走査移
動における位置関係を、所定の高い精度内に一致させる
ことである。この位置合わせは走査速度の精度に要求さ
れる制限の範囲で行うことができるため、それぞれのス
テージを走査移動させながら、いずれか、あるいは両方
のステージを微妙に移動させてそれぞれの位置関係を相
対的に合わせていく方法がとられる。上述した本実施形
態によるステージ装置は、可動部の構造が堅固に構成で
き、かつ可動部の重心にリニアモータの推力の作用点を
一致させることができるので制御特性が良好であるとい
う利点がある。この制御特性の良いことを利用して、レ
チクルステージの位置とウエハステージの位置との相対
位置誤差を制御信号を、レチクルステージの制御系にフ
ィードバックすることによってより露光精度の高い走査
露光装置を実現することができる。
ルステージの駆動源として適用した走査露光装置の制御
系の示すブロック図である。同図において、レチクルス
テージ500においては、レチクルステージ制御系50
1によって計測されたレチクルステージの可動部の位置
X、Y、及びθ方向(走査方向のヨーイング方向)の位
置がレチクルステージ駆動制御系502に入力される。
一方、ウエハステージ503においては、ウエハステー
ジ位置計測系504によって計測されたX,Y,及びθ
方向の位置がウエハステージ駆動制御系505と共に、
レチクルステージ駆動制御系に、P入力される。また、
露光装置制御系506からの信号がステージ制御系50
7に入力され、ここからレチクルステージ駆動制御系5
02ならびにウエハステージ駆動制御系505に入力さ
れる。
04によってウエハステージの可動部の位置が計測さ
れ、この値からウエハステージ可動部の相当するレチク
ル上での位置(4:−1の投影系による)が演算され
る。一方、レチクルステージ計測系501によってレチ
クルテージの可動部の位置が計測される。そしてレチク
ル上での相対的な位置ズレ量が演算され、このズレを小
さくする方向のレチクルステージの駆動力に対応する制
御量を算出し、この制御信号によってレチクルステージ
のX方向のアクチュエータが駆動される。
説明した露光装置を利用したデバイス製造方法の実施形
態を説明する。図10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)ではデバイスのパターン設計を行な
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)ではシリコンやガラス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。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7)される。
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1
5(レジスト処理)ではウエハにレジストを塗布する。
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の複数のショット領域
に並べて焼付露光する。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。本実施例の生産方法を用いれば、従来以上
に高精度な微小デバイスを製造することができる。
れば、走査方向と共にこれと直交する方向にも微小移動
可能なように固定子、可動子を配列してユニット化した
ので、構成が簡単かつ剛性の高いリニアモータが提供で
きる。このリニアモータをステージ装置に適用すれば、
モータ剛性が向上することからステージの制御性が良好
なものとなる。
特にレチクルステージ側に適用すれば、ウエハステージ
とレチクルステージの走査方向と直交する方向のずれ
を、制御応答性のよいレチクルステージ側で制御するこ
とになるため、高い露光転写精度が得られる。
成図
Claims (5)
- 【請求項1】 固定子に対して可動子を所定のストロー
クに渡って走査移動させるリニアモータにおいて、該可
動子を走査方向と共にこれと直交する方向にも変位させ
る駆動力を生成する電磁手段を備えたことを特徴とする
リニアモータ。 - 【請求項2】 前記固定子は、走査方向に沿って複数個
並べて配列した第1コイルと、該第1コイルとは別に配
置された第2コイルとを有し、かつ、前記可動子は、走
査方向に沿って並べた第1の永久磁石と、該走査方向と
直交する方向に沿って並べた第2の永久磁石とを有する
ことで前記電磁手段を構成したことを特徴とする請求項
1記載のリニアモータ。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載のリニアモータによ
って可動ステージを移動させることを特徴とするステー
ジ装置。 - 【請求項4】 レチクルのパターンの一部をウエハに投
影し、レチクル及びウエハを共に走査することによって
レチクルのパターンをウエハに露光転写する走査型露光
装置であって、レチクルを走査移動させるための請求項
3に記載の構成を備えるステージ装置を有することを特
徴とする走査型露光装置。 - 【請求項5】 請求項5記載の走査型露光装置を用いて
デバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方
法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP17026997A JP3155936B2 (ja) | 1997-06-26 | 1997-06-26 | リニアモータとステージ装置及びこれを用いた走査型露光装置やデバイス製造方法 |
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