(57)【要約】【課題】  高速駆動と高精度の駆動とを同時に満たす基板ステージおよび露光装置を提供する。【解決手段】  露光装置のステージ部において、上方ステージであるＸステージの連結部材と、下方ステージであるＹステージの連結部材の軸の太さが略同一とする。これにより、各ステージに設けられた連結部材の磨耗、劣化、および破損することを低減できるため、高速駆動による基板の移動のハイスループット化と、高精度の駆動とを同時に満足ｓできる。【選択図】  図１
2006060083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置し、その基板を水平方向に、かつ、互いに垂直な方向であるＸ方向およびＹ方向に移動させる基板ステージであって、
Ｘ方向に基板を移動するＸステージと、Ｙ方向に基板を移動するＹステージとが基板に平行に積層され、
ＸステージおよびＹステージには、各ステージを駆動する駆動部に連結する連結部材がそれぞれ設けられており、
さらに、上記Ｘステージの連結部材およびＹステージ連結部材の軸の太さが、略同一であることを特徴とする基板ステージ。
【請求項２】
ＸステージおよびＹステージのうち、基板に近い方のステージが、基板に遠い方のステージよりも速く駆動することを特徴とする請求項１に記載の基板ステージ。
【請求項３】
ＸステージおよびＹステージが、等速で駆動することを特徴とする請求項１に記載の基板ステージ。
【請求項４】
上記連結部材が、ボールネジから構成されることを特徴とする請求項１、２または３に記載の基板ステージ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板ステージを備えた露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体や液晶表示素子等の基板を保持する基板ステージおよびそれを備えた露光装置に関するものであり、より詳細には、高速駆動と高精度駆動とを満たす基板ステージおよび露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液晶パネルなどの半導体装置の回路パターンを形成するために、フォトリソグラフィーが広く使われている。そして、この露光には、例えば、形成する回路パターンの１０倍または５倍等の大きさのパターンを、縮小用、等倍用、または拡大用のフォトマスク（レチクル）を用い、投影レンズ系にて上記マスクを通した回路パターンを縮小等して、基板（ウエハ）上のレジストに順次繰返し転写するステッパと称される露光装置（順次繰返型投影露光装置）が用いられている。
【０００３】
この露光装置では、ステージ部に載置された基板に対して、露光処理が施される。この露光処理は、ステージ部の駆動によって、ステージ部に載置された基板を、ＸＹＺの各方向に移動させながら、行われる。より詳細には、ステージ部は、ＸＹＺの各方向に基板を移動させるためのステージが、基板の露光面に対して平行に、多段に積層された構成である。各ステージは、連結部材を介して駆動部（駆動源）に接続され、駆動部の駆動に伴い、ステージがＸＹＺの各方向に駆動し、基板が移動するようになっている。
【０００４】
ところで、近年、ステッパなどの露光装置による露光処理には、数百ｍｍ以上の長方形の基板が用いられる。そして、生産効率を向上するため、露光処理に用いる基板サイズは、益々大きくなる傾向にある。また、生産効率を向上するため、ステージ部を高速駆動することによる、ハイスループット化も要求されてきている。さらに、従来、露光装置の精細度（パターニング精度）は、５μｍルールにしたがっており、最近では３μｍルール、将来的には１．５μｍルールになると予想されている。このため、大型基板に対して高精細度のパターンを形成するための露光装置の開発が、精力的に行われている。
【０００５】
このような、高精細度の露光装置の開発では、最新の低膨張性セラミックス特殊な加工を施すなどのステージの構成、ステージの駆動のためのセンサー、ステージの駆動制御、ステージの形状、またはステージの構成原料の特性（例えば、重量や摩擦係数）の最適化など、特に、ステージ部に対して種々の改良が行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、大型基板に対して高精細度のパターンを形成するためには、ステージ部を高精度に駆動する必要がある。このため、従来の露光装置のステージ部では、常識的に設計された部分がある。その部分は、各ステージと駆動部とを接続する連結部材である。
【０００７】
具体的には、図２に示すように、通常、ステージ部は、ＸＹ方向に基板を移動するためのＸステージとＹステージとの積層構造である。また、各ステージには、駆動部に接続するための連結部材が設けられている。このため、下方ステージには、上方ステージ、および、その上方ステージの連結部材による重力の負荷が大きくなる。その結果、下方ステージの連結部材の磨耗、劣化、および破損が起こりやすくなり、高精度にステージを駆動できなくなる。
【０００８】
そこで、従来の露光装置では、このような下方ステージへの重力の負荷を軽減するために、上方ステージおよび上方ステージの連結部材の軽量化、および、下方ステージの連結部材の補強が、図られている。具体的には、この軽量化では、上方ステージの連結部材の太さ（大きさ）を下方ステージよりも細く（小さく）したり、上方ステージおよび上方ステージを軽い素材から構成（素材を最適化）したり、上方ステージの厚みをできる限り薄くしたりすることが行われている。また、上方ステージの連結部材の太さ（大きさ）を下方ステージよりも細く（小さく）することによって、下方ステージの連結部材の補強も行われている。
【０００９】
一方、大型基板に対する露光処理の効率化を図るためには、ステージ部の高速駆動が必要となる。しかしながら、従来の露光装置のように、上方ステージの連結部材を細く構成すると、高速駆動を行った場合に、その連結部材の磨耗、劣化、および破損が起こりやすくなるという問題が生じる。この問題を解決するために、上方ステージの連結部材の太さを大きくすると、下方ステージへの負荷が大きくなる。このため、下方ステージおよび下方ステージの連結部材の磨耗、劣化、および破損が起こりやすくなり、下方ステージおよび下方ステージの連結部材の設定を、改めて最適化する必要がある。その結果、必然的に、下方ステージの連結部材は、上方ステージの連結部材よりも、太くする構成となっていた。
【００１０】
このように、従来は、高速駆動と高精度駆動とを満たす露光装置を構成するために、積層された各ステージの連結部材を、略同じ太さにするという技術思想はなかった。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、特に、大型基板の露光処理に必要となる、高速駆動と高精度の駆動とを同時に満たす基板ステージとそれを備えた露光装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかる基板ステージ（本基板ステージ）は、上記の課題を解決するために、基板を載置し、その基板を水平方向に、かつ、互いに垂直な方向であるＸ方向およびＹ方向に移動させる基板ステージであって、Ｘ方向に基板を移動するＸステージと、Ｙ方向に基板を移動するＹステージとが基板に平行に積層され、ＸステージおよびＹステージには、各ステージを駆動する駆動部に連結する連結部材がそれぞれ設けられており、さらに、上記Ｘステージの連結部材およびＹステージ連結部材の軸の太さが、略同一であることを特徴としている。
【００１３】
上記の構成によれば、積層されたＸステージおよびＹステージのそれぞれに設けられた連結部材の太さ（大きさ）が、略同一である。これにより、積層されたステージのうち、上方のステージ（上方ステージ）を高速駆動しても、そのステージの連結部材が、磨耗、劣化、および破損することを低減できる。従って、高速駆動により、基板の移動を高速処理できる。すなわち、基板の移動を、ハイスループット化できる。
【００１４】
さらに、各ステージの連結部材が、略同一の太さ（大きさ）であっても、下方ステージの連結部材は、上方ステージおよび上方ステージの連結部材の重量の負荷に耐えられるようになっている。すなわち、ステージ部および連結部材は、材料および構造に関して、試行試作等を重ね、徹底的に剛性や精度を保てる程度に軽量化が図られている。また、ステージ部および連結部材は、重量および駆動速度等、各種設計パラメータを繰り返し変更して、剛性や慣性力のシミュレーション設計を重ねた結果、構成されたものである。このため、下方ステージの連結部材が、上方ステージおよびその連結部材の重量の負荷により、磨耗、劣化、および破損することを低減できる。従って、高精度の基板の移動を維持することができる。
【００１５】
このように、上記の構成によれば、各ステージに設けられた連結部材の磨耗、劣化、および破損することを低減できる。このため、高速駆動による基板の移動のハイスループット化と、高精度の駆動による高精度の基板の移動とを同時に満足する基板ステージを提供できる。また、各連結部材の寿命を長くすることができる。
【００１６】
本基板ステージにおいて、ＸステージおよびＹステージのうち、基板に近い方のステージが、基板に遠い方のステージよりも速く駆動するものであってもよい。
【００１７】
上記の構成によれば、基板に近い方のステージ（上方ステージ）を高速駆動、基板に遠い方のステージ（下方ステージ）を低速駆動している。これにより、一層高精度の駆動が可能となり、しかも、ステージが高速駆動されても、高精度を維持して基板を移動することができる。
【００１８】
本基板ステージにおいて、ＸステージおよびＹステージが、等速で駆動するものであってもよい。上記の構成によれば、単一の駆動部で、各ステージを駆動できるため、基板ステージの構成を簡素化できる。
【００１９】
本基板ステージにおいて、上記連結部材が、ボールネジから構成されるものであってもよい。これにより、連結部材の構成を簡素化することができる。
【００２０】
本発明にかかる露光装置（本露光装置）は、前記いずれかに記載の基板ステージを備えていることを特徴とするものである。
【００２１】
これにより、基板ステージの高速駆動によるハイスループット化と、高精度の基板移動とが可能であるとともに、高精細度のパターン形成が可能な露光装置を提供できる。
【００２２】
なお、本露光装置では、露光処理のハイスループット化と高精度化とを満たすために、レチクルのステップ移動回数または交換時間、またはアライメント（精密位置合わせ）時間などが異なる複数の機種をシミュレーションし各パラメータを最適化または最小化を図ってもよい。さらに、基板１枚処理当たりのスループットも最適化または最小化を図ってもよい。また、光源（ランプ）の出力を、従来の４．３ＫＷから５ＫＷにあげ露光時間の短縮を図ってもよい。また、投影レンズ系の曇り対策により露光精度の低下を抑制し露光精度を維持してもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本基板ステージは、以上のように、基板を水平方向に、かつ、互いに垂直な方向であるＸ方向およびＹ方向に移動させる基板ステージであって、Ｘ方向に基板を移動するＸステージと、Ｙ方向に基板を移動するＹステージとが基板に平行に積層され、ＸステージおよびＹステージには、各ステージを駆動する駆動部に連結する連結部材がそれぞれ設けられており、さらに、上記Ｘステージの連結部材およびＹステージ連結部材の軸の太さが、略同一である構成である。
【００２４】
このため、各ステージに設けられた連結部材の磨耗、劣化、および破損することを低減できる。それゆえ、高速駆動による基板の移動のハイスループット化と、高精度の駆動による高精度の基板の移動とを同時に満足できるという効果を奏する。
【００２５】
また、本露光装置は、本基板ステージを備える構成である。それゆえ、基板ステージの高速駆動によるハイスループット化と、高精度の基板移動とが可能であるとともに、高精細度のパターン形成が可能な露光装置を提供できる。という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、これに限定されるものではない。
【００２７】
本実施形態の露光装置（本露光装置）は、例えば、液晶パネルなどの半導体装置の回路パターンを形成するための、パターン露光プロセス（フォトリソグラフィー）に用いられるもの（いわゆるステッパ）である。
【００２８】
一般に、露光装置の性能は、ステージ精度，投影レンズ系の性能とアライメント（位置合わせ）精度によって決まる。本露光装置は、特に、ステージ精度を向上することによって、ステッパのハイスループット化および高精度化を図るものである。
【００２９】
本露光装置は、主に、チャンバ内に、露光部と、ステージ部（基板ステージ）とが設けられた構成である。露光装置（特にステッパ）は、基板を処理する装置の中でも、特に精密な装置であるため、パターンを正確に転写するために、チャンバ内は、温度変動や振動が少なくなるように構成されている。
【００３０】
露光部は、主に、露光のための光源と、実際に基板に回路パターン（配線パターン）を形成するためのフォトマスク（レチクル）と、そのフォトマスクを投影レンズ系とを備えている。例えば、露光部では、投影レンズ系によって、フォトマスクが、実際に基板２に形成する大きさの回路パターンに拡大または縮小される。
【００３１】
基板は、露光処理が施されるべき基板（ウェハ）である。例えば、液晶パネルや半導体装置などを形成するために、金属層および絶縁層が積層された基板である。
【００３２】
ステージ部は、基板を水平に保持（載置）するものであり、ステージ部上で、露光処理が行われる。ステージ部は、基板を２次元方向（水平方向，ＸＹ方向）に移動するようになっている。ステージ部については、後述する。
【００３３】
回路パターンを形成するためのフォトマスク（レチクル）は、露光部により拡大または縮小することにより、基板に形成するための回路パターンである。ステージの移動に伴い基板が移動することによって、基板には回路パターンが転写される。
【００３４】
本露光装置は、形成する回路パターンを、縮小、等倍、または拡大したフォトマスク（レチクル）を用い、光学レンズ系（すなわち投影レンズ系）にて、このマスクを通した回路パターンを、基板（ウエハ）上のレジストに順次繰返し転写するステッパ（順次繰返型投影露光装置）である。なお、本露光装置は、光源（照明系）、投影レンズ系、フォトマスク（レチクル）、およびステージが、この順で直列配置された構成ともいえる。
本露光装置は、ステージ部として、本発明にかかる基板ステージを備えることを特徴としている。ここで、ステージ部について詳細に説明する。図１は、本露光装置のステージ部の構成
図１に示すように、ステージ部には、基板が水平に載置される。そして、ステージ部は、その基板を水平方向に移動させるＸステージとＹステージと、高さ方向（鉛直方向）に移動させるＺステージ（図示せず）とが、基板に対して平行に積層されている。つまり、ステージ部は、複数のステージが多段に積層された構造である。なお、ＸステージおよびＹステージは、互いに垂直な方向であるＸ方向およびＹ方向に移動させるステージである。
【００３５】
そして、ＸステージおよびＹステージには、各ステージを駆動する駆動部（図示せず）に連結する連結部材がそれぞれ設けられている。この連結部材は、例えば、ボールネジ等によって、構成される。
【００３６】
本露光装置では、特に、Ｘステージの連結部材およびＹステージ連結部材の軸の太さが、略同一であることを特徴としている。つまり、積層されたＸステージおよびＹステージのそれぞれに設けられた連結部材の太さ（大きさ）が、略同一である。これにより、積層されたステージのうち、Ｘステージを高速駆動しても、そのＸステージの連結部材が、磨耗、劣化、および破損することを低減できる。従って、高速駆動により、基板の移動を高速処理できる。すなわち、基板の移動を、ハイスループット化できる。
【００３７】
さらに、各ステージの連結部材が、略同一の太さ（大きさ）であっても、Ｙステージの連結部材は、ＸステージおよびＸステージの連結部材の重量の負荷に耐えられるようになっている。このため、Ｙステージの連結部材が、Ｘステージおよびその連結部材の重量の負荷により、磨耗、劣化、および破損することを低減できる。従って、高精度の基板の移動を維持することができる。
【００３８】
このように、本露光装置では、ＸステージおよびＹステージのそれぞれに設けられた連結部材の磨耗、劣化、および破損することを低減できる。このため、高速駆動による基板の移動のハイスループット化と、高精度の駆動とを同時に満足する基板ステージを提供できる。また、各連結部材の寿命を長くすることができる。
【００３９】
本露光装置では、Ｘステージを高速駆動、Ｙステージを低速駆動することが好ましい。
【００４０】
従来は、ステージの送り速度は概ね、ネジの太さに比例するところに近く、２０：３０＝１．３３程度に対し、標準送り速度は、上下ステージで、２００ｍｍ／ｓｅｃ：２５０ｍｍ／ｓｅｃ＝１．２５として装置設計製造していた。
【００４１】
しかし、基板の大型化が進む中、処理時間も同等以上に高速処理をすすめることが求められている。
【００４２】
本露光装置では、上方ステージの連結部材（例えば、ボールネジ）を、下方ステージの連結部材と同一径程度である。これにより、上方ステージの高速駆動が可能となる。
【００４３】
また、本露光装置では、ＸステージとＹステージとの駆動速度が異なっている。ここでは、基板に近い方（すなわち光源側）のＸステージの駆動速度を、基板に遠い方のＹステージの駆動速度よりも速くしている。つまり、上方ステージを高速駆動、下方ステージを低速駆動している。液晶の場合、基板が長方形であること、機種等に応じてＸ方向およびＹ方向の露光ショット数が異なること、およびパターンの違いやショットの送り順によっては、必ずしも同位同一の駆動速度で駆動する（同一の駆動精度で駆動する）必要が無い。このため、上下のステージの駆動速度の差異を広げることにより、高速処理が可能となる。
【００４４】
本露光装置では、Ｙステージ（下方ステージ）の駆動速度を２００ｍｍ／ｓｅｃ、Ｘステージ（上方ステージ）の駆動速度を２８０ｍｍ／ｓｅｃとし、ＸステージをＹステージよりも１．４倍速く駆動している。このように、上層のＸステージを高速、下層のＹステージを低速とすることにより、下層のステージに上層のステージの重量が加わる荷重分の慣性力の差とで相殺し、上下のステージを同一径の３０ｍｍとし、上方ステージをより高速化した。これにより、ステージ部の一層高精度の駆動が可能となり、しかも、ステージ部が高速駆動されても、基板を移動を高精度に維持することができる。
【００４５】
なお、各ステージの駆動速度は、等速であってもよい。この場合、単一の駆動部を各ステージに連結して、各ステージを駆動できるため、基板ステージの構成を簡素化できる。
【００４６】
このように、本露光装置では、上方ステージの連結部材として、下方ステージの連結部材以上の太さ（大きさ）の部材を用いる構成である。これにより、ステージ部の高速駆動によるハイスループット化と、高精度の駆動（換言すれば、高精度に基板を移動させること）とを同時に満足できる。
【００４７】
これに対し、従来の露光装置では、図２に示すように、露光ステージに使用しているステージ部（ＸＹＺ軸方向に基板を移動するための多段ステージ）は、上方ステージを支持するために、下方ステージに設けられた連結部材を、上方ステージの連結部材よりも太く大きい構成である。例えば、下方ステージの連結部材を約３０ｍｍ径、上方ステージの連結部材を約２０ｍｍ径のものを使用している。これは、前述のように、大きなステージに対し、露光装置が、精密な精度や温度安定性を要求されるため、重量材料を用いたり剛性確保のため上方ステージは重くなり、それを支える下方ステージの重量を送る下方ステージの連結部材（例えば下層送りねじ）は、慣性や高速性や剛性などを最適化するなか、必然的に太く構成されていた。すなわち、従来の露光装置では、上方ステージからの重力の負荷による破損を防ぐため、負荷が大きくかかる下方ステージの連結部材は、上方ステージの連結部材よりも太い構成である。従来の露光装置では、仮に、下方ステージの連結部材の太さと、上方ステージの連結部材の太さとを略同一にした場合、下方ステージおよび下方ステージの連結部材は、上方ステージの重さに耐えられなくなる。このため、本露光装置のように、高速駆動と高精細度駆動とを同時に満たすことができない。
【００４８】
なお、本露光装置において、ハイスループット化と、高精度化とを同時に満足するために、以下の構成を加えてもよい。
【００４９】
（１）露光装置本体の駆動によって発生する振動を、速やかに減衰するため、振動状態をセンサにより検出し、防振部材であるアクチュエータの推力をフィードバック制御する。更には、例えば、アクチュエータの駆動量に対するセンサの応答速度に基いて、防振対象物の機械定数を求め、アクチュエータ駆動量決定パラーメータに反映して駆動量を制御する。
【００５０】
（２）露光装置本体を駆動する推力等によって発生するステージの微小な変形を補正する装置機構を設ける。
【００５１】
（３）露光用ランプ（光源）を標準の４．３ＫＷから５ＫＷにアップし、露光時時間を短縮する。尚、露光用ランプの短寿命化は、曇り防止止めで抑制する。
【００５２】
（４）ＸステージおよびＹステージの駆動部に、それぞれ独立したパワーアンプを搭載し、駆動安定化を図る。
【００５３】
（５）画像処理ソフトウエアのプログラム、パラメータを最適化し、画像アライメントを高速化する。
【００５４】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の基板ステージおよびそれを備えた露光装置は、基板の移動を高速かつ高精度にできるから、ハイスループット化と高精度の処理とが要求される種々の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態の露光装置に設けられる基板ステージの斜視図である。
【図２】従来の露光装置に設けられる基板ステージの斜視図である。
【図１】
2006060083.tif 000003
【図２】
2006060083.tif 000004