(57)【要約】【課題】  精密位置決めを行うリニアモータの発熱の低減を図り、熱的影響を抑制する。【解決手段】  少なくとも一方向に移動自在な移動体を駆動するための、コイルを有する電磁石と、入力される指令値に基づいて前記電磁石をフィードバック制御する電磁石制御系とを備える。さらに、前記指令値に基づいて前記電磁石が発生すべき推力に対し前記フィードバック制御により前記電磁石が発生する推力の誤差を検出し補正を行う推力補正手段を備える。推力補正手段は、電磁石と移動体の間隔を測定し、前記測定値からコイルに流す駆動電流の補正値を算出し、前記補正値を指令値に対して加算もしくは乗算し、推力誤差を低減する。または、電磁石と移動体に発生する推力を測定し、前記測定値からコイルに流す駆動電流の補正値を算出し、前記補正値を指令値に対して加算もしくは乗算することにより、推力誤差を低減する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方向に移動自在な移動体を駆動するための、コイルを有する電磁石と、入力される指令値に基づいて前記電磁石をフィードバック制御する電磁石制御系とを備える移動体機構において、
前記指令値に基づいて前記電磁石が発生すべき推力に対し前記フィードバック制御により前記電磁石が発生する推力の誤差を検出し補正を行う推力補正手段を備えることを特徴とする移動体機構。
【請求項２】
前記推力補正手段は、前記電磁石と前記移動体との間隔を測定する手段と、測定された間隔に基づいて補正係数を算出し、前記補正係数を前記指令値に乗算する手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の移動体機構。
【請求項３】
前記推力補正手段は、前記電磁石と前記移動体との間隔を測定する手段と、測定された間隔に基づいて補正係数を算出し、前記補正係数を前記指令値に加算する手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の移動体機構。
【請求項４】
前記推力補正手段は、前記電磁石が発生する推力を測定する手段と、測定された推力に基づいて補正係数を算出し、前記補正係数を前記指令値に乗算する手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の移動体機構。
【請求項５】
前記推力補正手段は、前記電磁石が発生する推力を測定する手段と、測定された推力に基づいて補正係数を算出し、前記補正係数を前記指令値に加算する手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の移動体機構。
【請求項６】
前記移動体としてのステージを位置決めするためのリニアモータを備え、前記ステージを加減速する際に前記電磁石を駆動することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の移動体機構。
【請求項７】
請求項６に記載の移動体機構を用いたステージ装置を有することを特徴とする露光装置。
【請求項８】
請求項７に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体をより高速で駆動する際の発熱の低減化を図った移動体機構に関する。本発明の移動体機構は、半導体製造工程において用いられる露光装置で、特にレチクルパターンをシリコンウエハ上に投影して転写する投影露光装置に好適に適用される。なかでもレチクルパターンをウエハ上に投影露光する際、レチクルを搭載するレチクルステージおよびシリコンウエハを投影光学系に対して順次移動させるウエハステージに好適に適用される。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子製造に用いられる露光装置としては、ステッパと呼ばれる装置とスキャナと呼ばれる装置が知られている。ステッパは、ステージ装置上の半導体ウエハを投影レンズ下でステップ移動させながら、レチクル上に形成されているパターン像を投影レンズでウエハ上に縮小投影し、１枚のウエハ上の複数箇所に順次露光していくものである。一方、スキャナは、ウエハステージ上のウエハとレチクルステージ上のレチクルとを投影レンズに対して相対移動させ、走査移動中にスリット状の露光光を照射しレチクルパターンをウエハに投影するものである。ステッパおよびスキャナは解像度および重ね合わせ精度の性能面から露光装置の主流と見られている。
【０００３】
装置性能の指標の一つに、単位時間あたりに処理されるウエハの枚数を示すスループットが上げられる。高スループット実現のために、ウエハステージやレチクルステージには高速移動が要求される。低発熱で高速駆動を可能にした従来のステージシステムでは粗動ステージと微動ステージの構成を持つ。粗動ステージの加減速には粗動リニアモータを用い、微動ステージの加減速には低発熱の電磁石を用いる。また、微動ステージの位置決めは微動リニアモータで行う。これらにより、微動リニアモータの発熱を抑え、熱の影響を抑制している。熱的影響とは、例えばレチクルやウエハやこれらを保持するステージ等の熱膨張や熱変形、レチクルやウエハの位置を測定するレーザ干渉計の光路の揺らぎや光路長変化等である。
【特許文献１】特開２０００−１０６３４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記した従来の露光装置では、微動リニアモータの発熱が増加し、熱的影響が出てしまう、という問題があった。これは、指令情報から算出された駆動電流だけでは、電磁石が発生する推力に、外乱の影響による誤差が生じてしまい、所望の推力を発生することが出来ず、この推力誤差を微動リニアモータが負担することになるためである。
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するための移動体機構は、少なくとも一方向に移動自在な移動体を駆動するためのコイルを有する電磁石と、入力される指令値に基づいて前記電磁石をフィードバック制御する電磁石制御系とを備える。そして、本発明は、前記指令値に基づいて前記電磁石が発生すべき推力に対し前記フィードバック制御により前記電磁石が発生する推力の誤差を検出し補正を行う推力補正手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、電磁石は指令値に基づいて発生すべき推力をより正確に発生する。そのため、この電磁石と移動体としてのステージを精密位置決めするリニアモータとを組み合わせる場合、ステージの加減速を電磁石で行うことにより、リニアモータの担う推力を最小にすることができる。したがって、精密位置決めを行うリニアモータの発熱の低減が可能となり、熱的影響を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態において、推力補正手段は、電磁石と移動体の間隔を測定し、前記測定値からコイルに流す駆動電流の補正値を算出し、前記補正値を指令値に対して加算もしくは乗算し、推力誤差を低減する。
または、電磁石と移動体に発生する推力を測定し、前記測定値からコイルに流す駆動電流の補正値を算出し、前記補正値を指令値に対して加算もしくは乗算することにより、推力誤差を低減する。
【実施例】
【０００８】
以下に本発明の実施例を説明する。
［第１の実施例］
図１は本発明の一実施例に係る移動体機構を用いたステージ装置の構成を示す。このステージ装置は、半導体露光装置等の露光装置のレチクルステージとして構成されている。しかし、本実施例のステージ装置は露光装置のウエハステージとして構成されてもよい。また、他の装置に組み込まれても良い。
【０００９】
図１において、レチクルステージ（移動体）１００は、レチクル１０１を保持し、露光ポジションにレチクルを搬送し位置決めする。レチクルステージ１００において粗動ステージ１０４は粗動リニアモータ１０２により駆動される。微動ステージ１０５は粗動ステージと微動リニアモータ１０３および電磁石１０６ａ、１０６ｂにより非接触で連結され、駆動される。電磁石１０６ａ、１０６ｂは微動ステージ１０５の駆動のための加速力を発生し、微動リニアモータ１０３はレチクル１０１（すなわち微動ステージ１０５）の精密位置決めを行う。このため微動リニアモータ１０３は微動ステージ１０５の加速力を発生させる必要がなくなり、微動リニアモータ１０３の発熱を抑えることが出来る。
【００１０】
１０８はギャップセンサである。図１の装置は、電磁石１０６ａと微動ステージ１０５との間隔（ギャップ）を測定する測定手段として、ギャップセンサ１０８を電磁石と微動ステージ間に配置し、電磁石１０６ａと微動ステージ１０５の間隔を測定する機構を有する。またはレチクルステージ１００外に置かれた不図示のレーザ干渉計等の位置計測装置により粗動ステージ１０４および微動ステージ１０５の位置を測定し、測定結果より電磁石１０６ａと微動ステージ１０５の間隔を算出するようにしてもよい。
【００１１】
図２は前記電磁石１０６ａの詳細を示す図である。電磁石のヨーク２０２と磁性体板２０１との間にわずかに隙間が空けられており、非接触により力を伝達することが出来る。磁性体板２０１は微動ステージ１０５の一部を構成している。電磁石本体（ヨーク２０２）に取付けられた駆動コイル２０３に電流を流すことによりヨーク２０２と磁性体板２０１に吸引力が働くようになる。また電磁石のヨーク２０２にはサーチコイル２０４が巻かれており、誘起電圧を測定される。
【００１２】
図３は電磁石制御系を示す図である。電磁石１０６ａで発生する力は、電磁石１０６ａ（ヨーク２０２）と磁性体板２０１との間の磁束の二乗に比例した値となる。電磁石制御系には、加減速力に応じてその絶対値の平方根の次元となる磁束の次元をもつ指令値（以下磁束指令値）３０１が不図示の主制御器から送られる。サーチコイル２０４により測定される誘起電圧は積分器３０４により積分され磁束（すなわち電流）の次元となる。積分器３０４の出力より所望の推力を発生する磁束の大きさが算出される。さらに電磁石１０６ａと磁性体板２０１の間隔を測定し、電磁石１０６ａと磁性体板２０１との間隔の変動が起こった場合、変動分に応じた補正値（磁束補正係数）３０５を磁束指令値に対して乗算する。この補正値は予め予測しておくことが好ましい。
【００１３】
例えば、ギャップ変動分に対する推力誤差を予め測定し、所望の推力に達するための推力補正係数を求める。推力は磁束の二乗に比例するため、磁束指令に対して入力する磁束補正係数は求めた推力補正係数の平方根とギャップ変動分の関係を一次関数で近似する。但し、一次以上の関数で近似しても良い。また、推力補正係数とギャップ変動分を一次以上の関数で近似し、その関数の平方根を取って磁束補正係数としても良い。
本実施例では、電磁石と磁性体板（移動体）との間隔を検出することにより、電磁石が発生する推力の誤差を検出（または予測）している。
【００１４】
［第２の実施例］
図４は電磁石制御系の他の例を示す図である。図４の電磁石制御系は図３と同様に電磁石１０６ａと磁性体板２０１の間隔を測定する。但し、電磁石と磁性体板との間隔の変動が起こった場合、変動分に応じた補正値を磁束指令値に対して加算する。このとき補正値は予め予測しておくことが好ましい。ギャップ変動分に対する推力誤差を予め測定し、所望の推力に達するための補正値を求める。
【００１５】
第１および第２の実施例では、ステージ加速用電磁石１０６ａにおいて発生する推力と所望の推力との誤差を電磁石１０６ａと磁性体板２０１との間隔を測定することにより補正値を求め、指令値３０１に対する補正を行う。これにより、精密位置決めを行う微動リニアモータ１０５の発熱の低減が可能となり、熱的影響を抑制することができた。
【００１６】
［第３の実施例］
図５は図１のステージ装置の変形例を示す。図５においては、電磁石１０６ａと粗動ステージ１０４との連結部に歪ゲージなどの力測定器１０７を設けることにより、電磁石１０６ａの所望の推力からの誤差を測定し、磁束指令値３０１に対しての補正値３０５または３０７を算出する。この補正値を磁束指令値に対して乗算もしくは加算し、推力の補正を行う。
なお、力測定器１０７は、磁性体板２０１と微動ステージ１０５との連結部に設けてもよい。
【００１７】
本実施例では、ステージ加速用電磁石１０６ａの発生する推力を直接測定することにより、補正値を求め、指令値に対する補正を行う。これにより、精密位置決めを行うリニアモータの発熱の低減が可能となったため、装置に与える様々な熱的影響を抑制できた。
【００１８】
［第４の実施例］
以下、本発明の位置決め移動機構が適用される例示的な露光装置を説明する。露光装置は図６に示すように、照明系ユニット４１、レチクルを搭載するレチクルステージ１００、縮小投影レンズ４３、ウエハを搭載するウエハステージ４５を有する。また、ウエハをウエハステージ４５に対して搬入および搬出するためのウエハ搬送ロボット４４を有する。さらに、レチクルとウエハとを位置合わせするためのアライメントスコープ４６、ウエハを縮小投影レンズ４３の合焦位置に合わせるためのフォーカススコープ４７を有する。露光装置は、レチクルに形成された回路パターンをウエハに投影露光するものであり、ステップアンドリピート投影露光方式またはステップアンドスキャン投影露光方式であってもよい。
【００１９】
照明系ユニット４１は回路パターンが形成されたレチクルを照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、例えば、光源としてレーザを使用する。レーザは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長約１５３ｎｍのＦ２エキシマレーザなどを使用することができる。但し、レーザの種類はエキシマレーザに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザを使用してもよいし、そのレーザの個数も限定されない。光源にレーザが使用される場合、レーザ光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザ光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部に使用可能な光源はレーザに限定されるものではなく、一または複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。
照明光学系はマスクを照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレータ、絞り等を含む。
【００２０】
縮小投影レンズ４３は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子を少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。
【００２１】
レチクルステージ１００およびウエハステージ４５は、例えばリニアモータによって移動可能である。ステップアンドスキャン投影露光方式の場合には、それぞれのステージは同期して移動する。また、レチクルのパターンをウエハ上に位置合わせするためにウエハステージおよびレチクルステージの少なくともいずれかに別途アクチュエータを備える。
このような露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用されうる。
【００２２】
［第５の実施例］
次に、この露光装置を利用した微小デバイス（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）の製造プロセスを説明する。
図７は半導体デバイス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（原版またはレチクルともいう）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（基板ともいう）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（組立）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る。後工程は、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）等の組立工程を含む。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。
【００２３】
上記ステップ４のウエハプロセスは、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ステップを有する。また、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、上記の露光装置を用いて、回路パターンを有するマスクを介し、レジスト処理ステップ後のウエハを露光する露光ステップを有する。さらに、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を有する。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。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例に係るステージ装置の説明図である。
【図２】図１における電磁石の説明図である。
【図３】図１における電磁石を制御する電磁石制御系の一例を示す図である。
【図４】図１における電磁石を制御する電磁石制御系の他の例を示す図である。
【図５】本発明の他の実施例に係るステージ装置の説明図である。
【図６】本発明が適用される露光装置の一例を説明するための図である。
【図７】露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００２５】
４１：照明系ユニット
４３：縮小投影レンズ
４４：ウエハ搬送ロボット
４５：ウエハステージ
４６：アライメントスコープ
４７：フォーカススコープ
１００：レチクルステージ
１０１：レチクル
１０２：粗動リニアモータ
１０３：微動リニアモータ
１０４：粗動ステージ
１０５：微動ステージ
１０６ａ、１０６ｂ：電磁石
１０７：力測定器
１０８：ギャップセンサ
２０１：磁性体板
２０２：ヨーク
２０３：駆動コイル
２０４：サーチコイル
３０１：磁束指令値
３０４：積分器
３０５：磁束補正係数
３０６：駆動アンプ
３０７：磁束補正値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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