(57)【要約】【課題】  ステージの軽量化、ガイド面の必要精度面積の緩和による加工コストの低減、位置決め装置全体重量の軽量化。【解決手段】  定盤２上のＹ方向に移動可能なステージ１の位置決めを行う位置決め装置。ステージ１のＸ方向の第１端側、第２端側においてそれぞれＹ方向に少なくとも２つエアパッドユニット３が配設される。第１端側に配設されたエアパッドユニット３同士は、連結部材１３によって連結される。第２端側に配設されたエアパッドユニット３上にはそれぞれ、第１弾性部材１１が配設される。また、連結部材１３上には、第２弾性部材１２が配設される。これにより、上記第１及び第２弾性部材１１，１２によってステージ１が支持される。【選択図】  図１
2009016386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定盤上の第１方向に移動可能なステージの位置決めを行う位置決め装置であって、
前記ステージの前記第１方向と直交する第２方向の第１端側、第２端側においてそれぞれ前記第１方向に少なくとも２つずつ配設される複数の静圧軸受と、
前記第１端側に配設された静圧軸受を連結する連結部材と、
前記第２端側に配設された静圧軸受の上にそれぞれ配設される第１弾性部材と、
前記連結部材の上に配設される第２弾性部材と、
を備え、
前記第１及び第２弾性部材によって前記ステージが支持されることを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記ステージは、前記第２端側に配設された２つの静圧軸受の上にそれぞれ配設される２つの第１弾性部材と、前記連結部材の上に配設される１つの第２弾性部材とによって３点支持されることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記連結部材によって連結される静圧軸受と前記連結部材との間に配設される第３弾性部材を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記定盤の前記第１方向に沿う縦壁面に設けられ、前記ステージを前記第１方向に案内するガイド部を更に備え、
前記ガイド部は、
前記縦壁面の前記第１方向に配設される２つのガイド部静圧軸受と、
前記２つのガイド部静圧軸受を連結するガイド部連結部材と、
前記ステージの前記縦壁面側の端部において前記縦壁面に対向するように設けられるガイド部支柱と、
前記ガイド部連結部材と前記ガイド部支柱とを連結するガイド部弾性部材と、
を備えることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の位置決め装置。
【請求項５】
前記第１及び第２弾性部材は、支持方向以外のねじり剛性が前記静圧軸受の同方向の剛性よりも低いことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の位置決め装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の位置決め装置と、
前記位置決め装置の前記ステージの上に搭載された微動ステージと、
を備えることを特徴とするステージ装置。
【請求項７】
レチクルステージに搭載されたレチクルのパターンをウエハステージに搭載されたウエハに投影する露光装置であって、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の位置決め装置を用いて前記レチクルステージの位置決めを行う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ウエハを露光する工程と、
前記ウエハを現像する工程と、
を有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体や液晶等のデバイスを製造する工程で用いられる位置決め装置、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の位置決め装置の構成を図５に示す。
【０００３】
ステージは大きく分けて、粗動ステージ１０１と微動ステージ１０７で構成されており、大きく粗い位置移動は粗動ステージ１０１で行い、最終的な微細な位置合わせは微動ステージ１０７で行う。
【０００４】
粗動ステージ１０１は、定盤１０２の上を移動可能なエアパッドユニット１０３に連結されている。エアパッドユニット１０３は、粗動天板の４隅に１個ずつ設けられている。露光装置のステージにおいては、摩擦力が極めて小さく支持精度が高い点、発塵が無い点、メンテナンスが不要である点などから、この従来例のようにエアベアリングを用いることが有利であり、一般的である。ただし、露光装置の原版（レチクル）ステージにおいては、中央に露光光学系を配置する関係上、２本のレール状に左右に分割する場合も多い。
【０００５】
エアベアリングは、一般的に５〜１０μｍ程度の隙間に吹き付けられる気体（圧縮空気）によって浮上力を得るが、ガイド面及び、エアベアリングの空気の噴出し口であるパッド面ともに、１μｍ以下程度の非常に平滑な平面を必要とする。よって、左右のレール定盤の平面度もパッド面換算で例えば１μｍ以下といった、高精度なものが必要となる。
【０００６】
１０４は粗動ステージ１０１を駆動するための粗動リニアモータ可動子であり、１０５は粗動リニアモータ可動子１０４を駆動する粗動リニアモータ固定子である。粗動リニアモータ可動子１０４側にコイルを設ける場合と粗動リニアモータ固定子１０５側にコイルを設ける場合があるが、どちらでもよい。また、粗動リニアモータ固定子１０５側も移動可能に支持することによって、ステージを駆動した際に反力によって逆方向に動くパッシブカウンターウエイトとして反力を露光装置本体に伝えないように使用することも可能である。その場合は、不図示の固定子位置計測手段と固定子の駆動装置が必要で、パッシブ駆動のみで生じる位置誤差を補償する。
【０００７】
１０６は粗動ステージ１０１の位置を計測する粗動干渉計で、粗動ステージ１０１の位置はこの粗動干渉計１０６の計測結果に基づき制御される。同様に、１０８は微動ステージ１０７の位置を計測する微動干渉計で、微動ステージ１０７の位置はこの微動干渉計１０８の計測結果に基づき制御される。図５では、Ｙ方向のみが計測されるように表示されているが、不図示の他軸の干渉計も用いて６自由度全て計測を行い、位置決めを行う。
【０００８】
１０９は自重補償で、微動ステージ１０７の重量を柔らかいバネ性のある部材で支持している。そうすることで、微動リニアモータ１１０が重力方向に出すべき力が大幅に減少するため、発熱及び消費電力の低減が可能となる。自重補償の方法には、バネ、エア、磁石を用いたものが一般的で、どのタイプでも使用可能である。
【０００９】
１１１は粗動ステージ１０１のヨーガイドで、Ｘ方向とＺ軸周りの回転方向について拘束しており、粗動ステージ１０１をＹ方向に移動可能にエアベアリングで支持している。
【００１０】
【特許文献１】特開平０６−１４０３０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図５に示した従来の構成においては、粗動ステージ１０１をエアベアリングによって支持しているため、左右の定盤１０２の平面度を１μｍ程度と、高精度に保たねばならない。また、粗動天板に取り付いたエアパッドユニットもそれぞれ１μｍ程度の平面度が必要となる。さらに、粗動ステージ１０１の駆動時に粗動ステージ天板がモータから受ける反力によって変形する場合も、エアパッドユニットの平面度を劣化させる要因となるため、十分な天板剛性を持つ必要がある。このため、支持する側も支持される側も非常に高精度な平面がステージ駆動範囲全般で必要であり、変形を抑制するために重量が非常に重くなり、また、平面の加工、組立て調整において、多大なコストアップを招いていた。
【００１２】
本発明が目的とするところは、ステージの軽量化、ガイド面の必要精度面積の緩和による加工コストの低減、位置決め装置全体重量の軽量化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一側面によれば、定盤上の第１方向に移動可能なステージの位置決めを行う位置決め装置であって、前記ステージの前記第１方向と直交する第２方向の第１端側、第２端側においてそれぞれ前記第１方向に少なくとも２つずつ配設される複数の静圧軸受と、前記第１端側に配設された静圧軸受を連結する連結部材と、前記第２端側に配設された静圧軸受上にそれぞれ配設される第１弾性部材と、前記連結部材上に配設される第２弾性部材とを備え、前記第１及び第２弾性部材によって前記ステージが支持されることを特徴とする位置決め装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ステージの軽量化、ガイド面の必要精度面積の緩和による加工コストの低減、位置決め装置全体重量の軽量化が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決手段として必須のものであるとは限らない。
【００１６】
図１に本実施形態における位置決め装置の構成を示す図である。
【００１７】
ステージは大きく分けて、大ストロークで移動する粗動ステージ１と、粗動ステージ１の上に搭載され、粗動ステージ１に対して小ストロークで移動する微動ステージ７とで構成されている。大きく粗い位置移動は粗動ステージ１で行い、最終的な微細な位置合わせは微動ステージ７で行う。粗動ステージ１は、定盤２上のＹ軸方向（第１方向）を移動可能な静圧軸受であるエアパッドユニット３に連結されている。エアパッドユニット３は複数設けられ、Ｙ軸方向と直交するＸ軸方向（第２方向）の第１端側、第２端側においてそれぞれＹ軸方向に少なくとも２つずつ配設されている。本実施形態では例えば、粗動天板の４隅に１個ずつ、計４つのエアパッドユニット３が設けられている。
【００１８】
４は粗動ステージ１を駆動するための粗動リニアモータ可動子であり、５は粗動リニアモータ可動子４を駆動する粗動リニアモータ固定子である。粗動リニアモータ可動子４側にコイルを設ける場合と粗動リニアモータ固定子５側にコイルを設ける場合があるが、どちらでもよい。また、粗動リニアモータ固定子５側も粗動ステージ駆動方向に移動可能なように支持することによって、ステージを駆動した際に反力によって逆方向に動くパッシブカウンターウエイトとして使用することも可能であるのは、従来例と同様である。
【００１９】
６は粗動ステージ１の位置を計測する粗動干渉計で、粗動ステージ１の位置はこの粗動干渉計６の計測結果に基づき制御される。同様に、８は微動ステージ７の位置を計測する微動干渉計で、微動ステージ７の位置はこの微動干渉計８の計測結果に基づき制御される。図１では、Ｙ方向のみが計測されるように表示されているが、実際には不図示の他計測系を用いて６自由度全て計測を行い、位置決めを行う。
【００２０】
９は自重補償で、微動ステージ７の重量を柔らかいバネ性のある部材で支持している。そうすることで、微動リニアモータ１０が微動天板やアクチュエータ重量を支えるために重力方向に出す力が大幅に減少し、ほぼゼロとなるため、発熱及び消費電力低減が可能となる。
【００２１】
粗動ステージ１のＸ軸方向における図面左側（第１端側）の２つのエアパッドユニット３は連結部材１３によって連結されている。一方、粗動ステージ１のＸ軸方向における図面右側（第２端側）の２つのエアパッドユニット３上にはそれぞれ、第１弾性部材１１が配設され、その上に、粗動ステージ１の連結部１ａが結合される。第１弾性部材１１は、ガイド面に対してギャップを変動させる傾き方向であるチルト方向（Ｘ軸、Ｙ軸周り）について低い剛性を持つものである。また、連結部材１３上の例えば中央部には第２弾性部材１２が配設され、その上に、粗動ステージ１の連結部１ａが結合される。この第２弾性部材１２は、一方向のピッチングのみ（Ｘ軸周り）低剛性とするものである。
【００２２】
こうして、粗動ステージ１は、４つのエアパッドユニット３の上で、２つの第１弾性部材１１と、１つの第２弾性部材１２とによって３点支持された状態となる。このような３点支持状態とすることで、左右定盤の全体のねじれや、粗動ステージ１の天板の変形といった平面度劣化の影響を受けずに粗動ステージ１を移動させることが可能になる。
【００２３】
また、図示の如く、連結部材１３によって連結される図面左側の２つのエアパッドユニット３と連結部材１３との間にも、第１弾性部材１１と同様の第３部材２１を介在させてもよい。なお、これら第１，第２弾性部材１１，１２及び第３弾性部材２１の材質は特定のものに限定されないが、例えばＳＵＳ６３０等が好適である。
【００２４】
ところで、上記のように弾性部材を介在させることなく、単純にエアパッドユニット３個を直接粗動ステージ１に天板に取り付けた３点支持構成も考えられる。その場合には、１点側のエアパッドユニットは、粗動モータのガイドとしてはＺ方向のパッド剛性が足りないため、エアパッドユニットを大型化する必要がある。しかし、エアパッドユニットを大型化すると、面精度を広範囲に亘って出す必要がある。このような高精度化はコストアップの要因となる。そこで本実施形態では、２個のエアパッドユニット３を連結部材１３で連結し、この連結部材１３と粗動ステージ１の連結部１ａとを第２弾性部材１２を介して連結することとした。
【００２５】
１４は粗動ステージ１のヨー方向の移動の規制を緩和しつつ、粗動ステージ１のＹ軸方向に案内するガイド部としてのヨーガイドであり、これを、図１及び図２を参照して説明する。図２は、図１のＢ−Ｂ断面図である。
【００２６】
ヨーガイド１４は、例えば、粗動ステージ１のＸ軸方向における図面右側（第２端側）の、定盤２のＹ軸方向に沿う縦壁面２ａに設けられる。まず、この縦壁面２ａにも、そのＹ軸方向に、２つのエアパッドユニット３（ガイド部静圧軸受）が取り付けられる。この２つのエアパッドユニット３は、ガイド部連結部材１２によって連結される。また、粗動ステージ１の右端部（縦壁面側）には、縦壁面２ａに対向するようにガイド部支柱１５が設けられる。そして、このガイド部支柱１５とガイド部連結部材１３との間には第２弾性部材１２（ガイド部弾性部材）が介在する。このガイド部弾性部材としての第２弾性部材１２はＺ軸周りに低剛性となっている。これらの集合体がヨーガイド１４である。なお本実施形態では、Ｚ軸周りの運動はヨーガイド１４では規制せず、左右のリニアモータの制御によって位置決めする。
【００２７】
なお、第２弾性部材１２を介在させずに、ガイド部連結部材１３とガイド部支柱１５とを高い剛性で連結することによって、ヨー方向を拘束する構成としても良い。しかし、その場合は、左右リニアモータ制御が不定になり、粗動ステージ１に過大な回転力が入った場合、パッド浮上量が保てずにガイドが接触し損傷する可能性がある。また、Ｚ軸周りの制御とヨーガイド拘束との干渉を考慮すると、この点からも、ヨーガイド１４にも第２弾性部材１２を有する本実施形態の構造は有利である。
【００２８】
図３に第１，第２弾性部材１１、１２の構造例を示す。
【００２９】
第１弾性部材１１は、略立方体のブロックに十字状にスリットを切った構造となっている。この構造では、Ｚ方向には剛で、Ｘ、Ｙ軸周りの剛性を低く調整可能である。この十字スリットヒンジによれば、定盤２の取り付け面とエアパッドユニット３の取り付け面との平面度差を第１弾性部材１１の変形によって吸収することが可能である。
【００３０】
一方の第２弾性部材１２は、一方向にのみスリットが入っており、一方向のみの剛性を低く調整可能としている。この第２弾性部材１２は、上記のとおり連結部材１３と粗動ステージ１の連結部１ａとの間に介在し、一方向のチルトの剛性を低く調整することが可能となる。
【００３１】
ここでいう低剛性とは、その弾性部材の支持方向以外のねじり剛性が、エアパッドユニット３の同方向の剛性（すなわち、同方向のエアパッドユニット３と定盤２との間のギャップを維持するエアパッドユニット３の剛性）に対して桁違いに低いことをいう。例えば、１桁から２桁程度低いことが望ましい。これによって、弾性部材のみが変形し、エアパッドユニット３と定盤２とのギャップは変動せず、安定した粗動ステージ１の駆動が可能となる。
【００３２】
図４はエアパッドユニット３の詳細図である。
【００３３】
エアパッド１６は、不図示の給気孔から圧縮流体（空気）がエアパッド１６に彫られた給気溝１７を介して噴出することによって、ガイド面とパッド間に浮上力を発生させるものである。浮上に対する剛性（バネ定数）を高めるために、予圧磁石１８によって予圧をかけて、空気の圧力を上げて使用することが一般的である。エアパッド１６、予圧磁石１８は共にパッドプレート１９の一面に設けられ、本実施形態ではその反対側の面に第１弾性部材１１が取り付けられる。
【００３４】
以上の構造によって、エアパッドユニット３は弾性部材がＸ軸、Ｙ軸周りの方向に変形しながら適切なエアギャップを保って定盤上を移動することが可能である。
【００３５】
以上説明した実施形態によれば、粗動ステージ１は、４つのエアパッドユニット３の上で、第１、第２弾性部材によって３点支持され、そして、エアパッドユニット自身がガイド平面形状に沿って駆動する。このため、エアパッド締結面、ガイド面の面精度を従来のステージ、ガイド方式に比べて、はるかに緩和することができる。よって、ステージを構成する部材の許容変形量を大きくすることができ、面精度も緩和できるので、ステージの軽量化、及び、面精度を出すための加工、組立て工数の大幅な低減が可能となり、これによりコストダウンが図られる。
【００３６】
例えば、従来は数μｍの平面度差しか許容されなかったエアパッド面と、エアパッドの走行面との平面度の差が、本実施形態を適用することにより数百μｍの平面度差が許容されるといった効果を奏する。ただし、この許容平面度の値は、弾性ヒンジの耐久性とトレードオフであるため、耐久性を十分考慮して設計する必要がある。
【００３７】
なお、以上では静圧軸受（気体軸受）により粗動ステージ１を支持する例を説明した。気体軸受の場合には特にガイド面に要求される面精度が高いため、上記構成により優れた効果を奏するが、本発明は気体軸受以外の支持機構を除外するものではない。例えば、リニアガイドなどを支持機構として用いた場合であっても、ステージの変形の伝達を抑えるという効果を奏する。
【００３８】
以下、本発明の位置決め装置が適用される例示的な露光装置を説明する。
【００３９】
露光装置は、図６に示されるように、照明装置５０１、原版（フォトマスク）であるレチクルを搭載したレチクルステージ５０２、投影光学系５０３、ウエハを搭載したウエハステージ５０４とを有する。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。
【００４０】
照明装置５０１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。もっとも、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、１または２以上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ー、絞り等を含む。
【００４１】
投影光学系５０３は、複数のレンズ素子のみからなる光学系でもよいし、複数のレンズ素子と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）としてもよい。さらには、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や、全ミラー型の光学系等を使用することもできる。
【００４２】
レチクルステージ５０２及びウエハステージ５０４は、たと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及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。ここで、レチクルステージ５０２は、上述の実施形態における位置決め装置が適用される。
【００４３】
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。
【００４４】
次に、図７及び図８を参照して、上述の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７は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。
【００４５】
ステップＳ１（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Ｓ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。ステップＳ３（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Ｓ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４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Ｓ６（検査）では、ステップＳ５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、それが出荷（ステップＳ７）される。
【００４６】
図８は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（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Ｓ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップＳ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップＳ１８（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Ｓ１９（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。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施形態における位置決め装置の構成を示す図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】実施形態における第１、第２弾性部材の構造例を示す図である。
【図４】実施形態におけるエアパッドユニットの詳細図である。
【図５】従来の位置決め装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施形態における露光装置の構成を示す図である。
【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。
【図８】図７のフローチャートのステップＳ４におけるウエハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・粗動ステージ
２・・・定盤
３・・・エアパッドユニット
４・・・粗動リニアモータ可動子
５・・・粗動リニアモータ固定子
６・・・粗動干渉計
７・・・微動ステージ
８・・・微動干渉計
９・・・自重補償
１０・・・微動リニアモータ
１１・・・第１弾性部材
１２・・・第２弾性部材
１３・・・連結部材
１４・・・ヨーガイド
１５・・・ガイド部支柱
１６・・・エアパッド
１７・・・給気溝
１８・・・予圧磁石
１９・・・パッドプレート
【図１】
2009016386.tif 000003
【図２】
2009016386.tif 000004
【図３】
2009016386.tif 000005
【図４】
2009016386.tif 000006
【図５】
2009016386.tif 000007
【図６】
2009016386.tif 000008
【図７】
2009016386.tif 000009
【図８】
2009016386.tif 000010