JP3720593B2 - Stage apparatus, exposure apparatus, and exposure method - Google Patents
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レチクルやフォトマスク等の原版のパターンをウエハ等の感光基板に転写して半導体素子や液晶表示素子等を製造するための露光装置、特に原版と感光基板の双方を走査させて露光する走査型の露光装置に好適なステージ装置に関する。また、これを用いた露光装置やデバイス製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図8に従来の走査ステージの斜視図を示す。
【0003】
目的物を搭載したステージ103は、ベース101上に固定された断面U字型のガイド102に沿って走査方向に往復移動自在である。ステージ103の両脇にはリニアモータ可動子107が設けられ、これに対するリニアモータ固定子105が走査方向に沿ってベース上に固定されている。リニアモータEは、ステージを走査方向に沿って非接触で駆動することができる。
【0004】
リニアモータ固定子105は、ガイド102のほぼ全長に沿って配設された長尺のループ状のヨーク105aとその内側に固着された長尺の磁石105bからなる。リニアモータ可動子107は、銅線を巻きまわしたコイルである。リニアモータ可動子のコイル107の中をリニアモータ固定子105のヨーク105aと磁石105bが通るように配置する。コイル107に不図示の電源から駆動電流が供給されると、磁石105bに沿って推力が発生し、これによりステージが駆動される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構成で、ステージ103を駆動する際の加速および減速に消費する時間を短縮するには、リニアモータE1には大きな推力が要求される。そのため、リニアモータ固定子105は、強磁場を発生するように設計され、ヨーク105aは、鉄等の飽和磁束密度の高い材質のものを用いる。しかし、ヨーク105aの走査方向の両端部分105c(図9参照)には上記の強磁場の磁束が集中するため、ヨーク105aの両端部105cは、集中した磁束を飽和させないために極めて大きな断面積を必要とする。ヨーク中央部分は両端部分と同じ断面寸法であるため、ヨーク全体の重量が大きくなってしまう。また、強磁場を発生するため、リニアモータ固定子105の磁石105bは厚肉にするとともに、その材料を高価な希土類磁石を用いる必要がある。そのため、リニアモータの推力を上げようとすると、リニアモータの重量が増し、コストが高くなってしまう。
【0006】
また、大きな推力でステージ103を駆動すると、リニアモータE1の駆動反力も大きくなってしまう。リニアモータE1の反力は、リニアモータ固定子105からベース101に伝達され、装置を振動させる。特に、ステージを位置決めするための基準の役割をするベース101やガイド102が振動すると、ステージの位置決めサーボ系の大きな外乱となり、ステージの位置決め精度を低下させるほか、ステージの位置決めの制定時間が長くなってしまう。
【0007】
また、ステージ103を走査方向に沿って往復運動をする場合、往復するたびにステージの加速、減速を行うことになり、そのたびにコイル107に駆動電流を流しているので、多くのエネルギーを繰り返し必要とする。また、コイル107に電流を流すと発熱が生じ、この熱がステージの搭載物やステージ装置構成部材を熱変形させる。さらに、コイルの発熱により周辺の空気が揺らぎ、レーザ干渉計の計測光の光路周辺の温度環境が変化し、レーザ干渉計の検出値に誤差を発生させる。
【0008】
また、このような発熱を軽減させるため、ステージの加減速に発熱を起こさないバネ等を用いた場合、ステージを最初に加速する際はバネを圧縮する装置が別途必要となるので、装置の大型化や高コスト化を招いてしまう。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明のステージ装置は、加減速領域と定速走査領域とを有する走行路に沿って移動可能なステージと、該走行路の該加減速領域においてステージを加減速する第1の駆動機構と、該走行路の該定速走査領域において一定の走査速度に該ステージを制御する第2の駆動機構とを備え、該第1の駆動機構による該ステージの加速と、該第2の駆動機構による該ステージの定速走行と、該第1の駆動機構による該ステージの減速とを繰り返し行うステージ装置において、該ステージが停止している状態から、最初に該ステージを該第1の駆動機構により該走査速度まで加速する前に、該ステージを該第2の駆動機構により該走査速度まで加速を行うことを特徴とする。
【0010】
また、前記第1の駆動機構は、前記ステージの運動エネルギーを別の形態にして蓄え、蓄えたエネルギーを再び該ステージの運動エネルギーに変換し、該ステージの加減速を行うことが望ましく、ステージの運動エネルギーを弾性エネルギーに変換する機構を有することがよい。より具体的には、前記第1の駆動機構は、バネを有することが望ましい。
【0011】
また、前記第2の駆動機構は、リニアモータであることが望ましい。
【0012】
また、前記第2の駆動機構は、前記ステージの走行中のエネルギーのロスを補完することが望ましい。また、前記ステージを停止させるときは、前記第2の駆動機構を用いて減速を行うことが望ましい。
【0013】
また、前記ステージを走行路に沿って移動可能に支持する第1のベースが、前記第1の駆動機構を支持する第2のベースから独立していることが望ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
<実施形態1>
図1は本発明の第1の実施形態によるステージ装置を示す斜視図である。
【0015】
1は防振ベースであり、不図示の除振装置により床等からの振動が除振されている。2は推力支持ベースであり、防振ベース1と振動的に独立している。
【0016】
目的物を搭載した走査ステージ23は、除振ベース上に固定された一対の案内レール22a、22bを有するガイド22に案内されて走査方向(所定方向)に往復移動自在である。走査ステージ23は、ガイド22に沿って所定方向に往復走行自在である。第1の駆動機構である一対のバネによる推力発生装置C1,C2が、推力支持ベース2上に固定され、走査ステージ23の走行路の両端に位置している。また、走査ステージ23の走行路に沿った両側に、第2の駆動機構である小形のサブリニアモータB1、B2を設ける。走査ステージ23は、不図示の静圧軸受パッド等によって防振ベース1およびガイド22から非接触で支持されている。
【0017】
推力発生装置C1、C2は、それぞれコイルバネ24、25と、バネベース24a、25aと、バネベースガイド26b、27bと、モータ26d、27dを有している。コイルバネ24、25のそれぞれ一端は、走査ステージ23の両端面23c、23dのそれぞれに当接可能であり、他端はバネベース24a、25aに保持されている。バネベースガイド26b、27bは、案内面26a、27aを有し、案内面26a、27aに沿った任意の位置にバネベース24a、25aを固定することが自在なクランプ(不図示)を内蔵している。モータ26d、27dは、ねじ26c、27cを回転させ、バネベースガイド26b、27bの案内面26a、27aに沿ってバネベース24a、25aを移動させる。このモータ26d、27dの動作により、コイルバネ24、25の位置を調整することができ、走査ステージ23の走査範囲が狭いときはバネを中央に移動させ、逆に走査ステージ23の走査範囲が広いときはバネを外側に移動させ、バネが往復運動する地点、すなわち走査ステージ23の加減速開始位置を変えることができる。バネが走査ステージ23に与える力は、走査ステージ23が走行路の中心部へ向かって走行するときは加速させ、これと逆向きに走行するときは減速させる働きをする。推力発生装置は推力支持ベースに支持されているため、バネによって走査ステージ23を加減速する際に生じる反力や振動が、走査ステージ23を支持する防振ベース1に伝達しない構成になっている。
【0018】
サブリニアモータの部分拡大図を図2に示す。
【0019】
サブリニアモータB1、B2は、小形のループ状のサブヨーク8aとその内側に固着されたサブ磁石8bを有するサブリニアモータ固定子8と、サブリニアモータ固定子のループの内側に一部が位置するコイルを有するサブリニアモータ可動子9により構成される。サブリニアモータ固定子8は、防振ベース1に固定され、サブリニアモータ可動子9、走査ステージ23の側面に固着される。サブリニアモータB1、B2は、ステージの走査範囲の中央部において走査ステージ23に推力を与えることができる。サブリニアモータB1、B2は、主に推力発生装置C1、C2によって所定の速度まで加速された走査ステージ23を一定の速度に保つような動作を行うので、推力発生装置C1、C2のように大きな推力を発生させる必要がない。従って、サブリニアモータB1、B2は小形かつ軽量のもので良い。
【0020】
次に、走査ステージの駆動方法について説明する。
【0021】
推力発生装置C1、C2が走査ステージを加速するためには、バネの弾性力を要するため、バネに初期ひずみを与える必要がある。しかし、本発明の構成には、バネに初期ひずみを与える機構は設けていない。そこで、推力発生装置C1、C2のバネに初期ひずみを与えるために、サブリニアモータB1、B2を用いて最初に走査ステージ23を必要とされる速度まで加速する。前述の通り、サブリニアモータB1、B2が発生する推力は小さいので、走査ステージ23の加速は小さいが、サブリニアモータB1、B2は走査ステージ23の走査範囲のほぼ全体にわたって推力を与えることができるように設計されているので、その長いストロークを利用して走査ステージを所定の速度まで到達させる。サブリニアモータB1、B2による最初の走査ステージの加速は、所定の速度に到達するまで時間を多く必要とするが、露光動作が開始される前までに、必要とする速度に達すれば良い。
【0022】
サブリニアモータB1,B2により所定の速度に達した状態で、走査ステージ23は推力発生装置のコイルバネに接触する。バネが圧縮され、走査ステージ23は減速し、やがて停止する。次に圧縮されたバネは圧縮前の寸法の自然長に戻ろうと反発し、走査ステージ23は移動方向を転換し、蓄えられた弾性エネルギーにより加速を始める。そして、バネが前の寸法に戻った時、走査ステージ23の速度は、前述のコイルバネに接触する前の所定の速度に加速されている。推力発生装置により走査ステージ23が所定速度まで加速された後、サブリニアモータB1、B2が走査ステージ23の走査速度制御を行う。走査速度制御を終えた後、走査ステージ23は、所定の速度で上述の推力発生装置と反対側の推力発生装置のコイルバネに接触する。バネが圧縮され、走査ステージ23は減速し、やがて停止し、先ほどと同様の動作を繰り返す。これ以降は、推力発生装置の2つのコイルバネ24、25の間を走査ステージ23が往復運動する。
【0023】
そして、ステージを停止させるときは、再びサブリニアモータB1、B2を利用する。減速の方法は、停止している走査ステージ23を初めて所定速度まで加速したときと逆の方法で、長いストロークを利用してサブリニアモータB1、B2を用いて走査ステージ23を減速させて、停止させる。
【0024】
また、走査ステージ23の加速は、サブリニアモータB1、B2の作動可能領域を用いて加速しているが、ストロークが狭い場合、必要とされる所定の速度に達する前にコイルバネに接触することが考えられる。この場合は、接触した推力発生手段のコイルバネにより、走査ステージ23を減速、方向転換、加速して、コイルバネに接触する直前の速度に戻し、サブリニアモータB1、B2による走査ステージの加速を再開し、所定の速度まで到達させれば良い。所定の速度に到達するまでの走査ステージ23の往復運動の回数は、サブリニアモータB1、B2の推力とストロークと到達速度で決まる。サブリニアモータB1、B2の推力が極端に小さいと、走査ステージ23が所定の速度に到達するまでの往復運動の回数が増え、所望の走査運動を始めるまで時間がかかるので、装置を設計する際は、このことを考慮する必要がある。また、走行中の走査ステージ23を停止させる場合も、逆の動作により、往復運動する走査ステージ23をサブリニアモータB1、B2により繰り返して減速させ続ければ良い。
【0025】
また、推力発生装置のコイルバネは理想系ではないので、現実には、コイルバネに接触する直前の走査ステージ23の速度と、コイルバネから離れるときの走査ステージ23の速度は、厳密には一致しない。しかし、走査ステージ23の往復運動で発生する摩擦等による運動エネルギーのロスは、サブリニアモータB1、B2により補完することができ、走査ステージ23を所定の速度に戻すことができる。
【0026】
本実施形態によれば、バネを用いてステージの加減速を繰り返し行っているので、加減速時にほとんど発熱せず、また、装置の軽量化やコストダウンを図ることができる。
【0027】
さらに、サブリニアモータは、主に加速された走査ステージを走査速度に制御する程度の推力やエネルギーのロス分を補完する程度の推力を発生できれば良いので、サブリニアモータ全体を小型に設計することができる。その結果、装置の小型化や軽量化を促進するとともに、リニアモータに高価な希土類磁石を用いる場合には材料費を大幅に削減できる。
【0028】
また、走査ステージの加減速を繰り返し行う推力発生装置が、ステージやガイドを支持する防振ベースとは振動的に独立した推力支持ベース上に設けられているので、ステージの加減速時に発生する反力が防振ベースに伝達されず、防振ベースの振動や変形が発生しないので、高精度なステージの制御を実現できる。また、本実施形態ではサブリニアモータの固定子を防振ベースに設けていたが、これに限るものではなく、推力支持ベースに設けても良い。
【0029】
また、サブリニアモータにより最初に必要なバネの初期ひずみを起こしているので、バネを圧縮するための特別な機構を設ける必要がないので、装置の簡略化、小型化、コストダウンを図ることができる。
【0030】
また、本実施形態ではコイルバネを用いてステージの加減速を行っているが、これに限るものではなく、板バネや空気バネ等のようなものでも良い。また、バネのように弾性エネルギーを蓄えるものに限るものではなく、位置エネルギーを蓄えるようなものでも良い。
【0031】
<実施形態2>
図3に本発明の第2の実施形態として前述の走査ステージ装置を用いた走査型の露光装置の概略図を示す。
【0032】
走査ステージ53が防振ベース51上を走査方向に移動可能に支持されている。走査ステージ53を駆動するための推力発生装置およびサブリニアモータは不図示であるが、前述の実施形態とほぼ同様の構成である。
【0033】
露光動作開始前にステージが停止しているときは、前述の実施形態で述べたように走査ステージを所定の走査速度まで駆動し、走行路の中央部分で走査ステージ53が走査速度で走行している間に、光源からの帯状の露光光が走査ステージ53に支持されたレチクルL2に照射され、レチクル上に形成された回路パターンが等倍結像光学系により走査ステージに支持されたウエハW2に結像し、走査露光される。ウエハとレチクルの双方を走査させることで、ウエハ上の所定のショットにレチクルパターン全体を転写する。走査ステージが往復運動し、繰り返し走査露光を行うことで、ウエハ上の各ショットの露光を行う。ウエハの露光を終了した後、ウエハを交換するときは、前述の実施形態で述べたように走査ステージを停止させ、ウエハの交換を行う。ウエハの交換や装置の自動補正のために所定の位置までステージを移動させる必要があるときは、サブリニアモータを用いると良い。ウエハの交換後、再び露光を開始するときは、上述の動作を再開する。
【0034】
走査ステージ53にミラー53aを一体に設け、その反射光を受光するレーザ干渉系54によって走査ステージ53の位置を計測できるようになっている。
【0035】
本実施形態によれば、ステージの加減速時に発熱がほとんどないため、レチクルやウエハまたは露光装置の構成部材が熱変形等を起こさないので、高精度な露光を行うことができる。また、発熱による空気の揺らぎがほとんどないので、レーザ干渉系による位置計測を精密に行うことができる。
【0036】
また、ステージを駆動する推力発生装置やサブリニアモータの小型化にともない露光装置の小型化・軽量化・低コスト化を図ることができる。
【0037】
また、走査ステージの加減速を行う推力発生装置が、防振ベースから独立した推力支持ベース上に設けられているので、走査ステージの加減速に伴う反力が防振ベースやガイドに伝達されず、高精度な露光を行うことができる。また、結像光学系も推力発生装置を支持する推力支持ベースと独立していることが望ましい。
【0038】
<実施形態3>
図4に本発明の第3の実施形態として別の形態の走査型の露光装置の概略図を示す。
【0039】
前述の走査型の露光装置は、同一の走査ステージにレチクルとウエハを保持させ、等倍結像光学系を用いて走査露光を行ったが、本実施形態では、レチクルとウエハを別の走査ステージに保持させていることが異なる。
【0040】
第1の防振ベース61aに支持された走査ステージであるところのウエハステージ61にウエハW3を保持させ、第2の防振ベース62aに支持された走査ステージであるところのレチクルステージ62にレチクルR3を保持させて、ウエハステージ61とレチクルステージ62を個別に駆動できる。ウエハステージ61は、不図示の第1の推力発生手段と第1のサブリニアモータを有しており、レチクルステージ62は、不図示の第2の推力発生手段と第2のサブリニアモータを有しており、前述の実施形態の走査ステージとほぼ同様の駆動方法で、それぞれ任意の走査速度で走行する。
【0041】
レチクルR3とウエハW3との間に、露光手段である縮小結像光学系63が配設される。光源から発せられた露光光は、パターン回路が形成されたレチクルR3を透過し、縮小結像光学系によって所定の縮小倍率Nに縮小され、ウエハW3に照射される。
【0042】
前述の走査型の露光装置と同様に、ウエハステージ61とレチクルステージ62が走行路の中央部分を走行する時にウエハW3の露光が行われるが、本実施形態では縮小結像光学系を用いて縮小露光を行うため、レチクルステージ62の走査速度V1とウエハステージ61の走査速度V2は、
V2/V1=N
の関係が成立するように、それぞれの走査速度が制御される。
【0043】
それぞれのステージにミラーを一体に設け、その反射光を受光するレーザ干渉系によって、それぞれのステージの位置を計測できるようになっている。
【0044】
図5は、本実施形態の走査型の露光装置における全体構成の概略図を示している。
【0045】
レチクルステージ73を支持する第2の防振ベースであるところのレチクルステージベース71aは、ウエハステージ93を支持するウエハステージベース92に立設されたフレーム94と一体であり、レチクルステージ73の加減速を行う第2の推力発生装置75を支持する推力支持ベース71bは、ウエハステージベース92と別に、床面Fに直接固定された支持枠90に支持される。
【0046】
また、不図示のレチクルに露光光は、破線で示された光源装置95から照射される。
【0047】
レチクルステージ73を加減速する推力発生装置75がレチクルステージベース71aから分離独立して支持されているので、レチクルステージ73を加減速する時に生じる推力発生装置の駆動力(推力)の反力は、推力支持ベース71bから支持枠90を介して床面Fに伝達されるので、露光装置のフレーム94やレチクルステージベース71a等に振動を発生させることはない。また、ステージの位置を計測するレーザ干渉計97、98がフレームやレチクルステージベースに設けられているので、ステージの駆動反力による振動の影響による位置計測誤差はほとんどない。これにより、レチクルとウエハの走査開始位置を正確に同期させるとともに、定速走査領域の走査速度を高精度で制御することができる。また、駆動反力の影響を軽減することで、次回の露光サイクルを開始するまでの待機時間や、走査速度に整定するまでの時間を短縮し、露光装置のスループットを向上させることができる。
【0048】
また、レチクルステージ73の走査速度制御を行うサブリニアモータが不図示であるが、前述したように、サブリニアモータが発生する推力はわずかであり、振動や発熱の影響はほとんどない。そのため、レチクルステージベース71aにサブリニアモータの固定子を設けてもよい。なお、レチクルステージ73に作用する配線や配管の抵抗等による外乱が大きいときや、サブリニアモータの必要駆動量が比較的大きくなるときは、サブリニアモータの固定子はレチクルステージベース71aに固定せず推力支持ベース71bに固定し、レチクルステージベースがサブリニアモータから発生する外乱や反力を受けないように構成することが望ましい。
【0049】
また、ウエハステージの駆動を行う第1の推力発生装置と第1のサブリニアモータは不図示であるが、レチクルステージの場合と同様に、ウエハステージベース92に推力発生装置とサブリニアモータが駆動力の反力の影響を受けないように構成すれば良い。
【0050】
ウエハステージ93とレチクルステージ73の第1および第2のサブリニアモータ(不図示)の推力が極端に小さいと、ステージが停止した状態から走査速度に達するまでの時間が遅れ、露光装置の生産性を落としてしまうので、サブリニアモータは、ウエハのアライメントが完了してから第1ショットの露光が始まる間に完了する程度の加速力(推力)を必要とする。
【0051】
本実施形態によれば、前述の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
【0052】
また、同一のレチクルを用いて複数枚のウエハに露光を行うためウエハを交換する際は、レチクルステージは往復運動を継続したまま、ウエハステージのみを前述の実施形態に従って停止させれば良い。このようにすれば、サブリニアモータを用いたレチクルステージの加減速動作をウエハ交換時に行わずに済むため、発熱の軽減やスループットの向上を図ることができる。
【0053】
【発明の効果】
本発明の請求項1記載のステージ装置によれば、第1の駆動機構がステージを加速することができる状態まで第2の駆動機構がステージを加速するので、装置の簡略化、省スペース化、低コスト化を図ることができる。
【0054】
また、請求項2記載のステージ装置によれば、第1の駆動機構がエネルギーを保存するため、ステージの加減速時の発熱を軽減することができる。また、請求項4記載のステージ装置によれば、バネの弾性力を利用してステージの加減速を行うので、ステージの加減速時の発熱を軽減することができる。
【0055】
また、請求項7記載のステージ装置によれば、ステージの往復運動中の摩擦等によるエネルギーのロスを第2の駆動機構で補完することにより、ステージの走査速度を所定の速度に戻すことができる。
【0056】
また、請求項8記載のステージ装置によれば、ステージの停止動作を第2の駆動機構を用いて行うことで、装置の簡略化、省スペース化、低コスト化を図ることができる。
【0057】
また、請求項9記載のステージ装置によれば、ステージの駆動反力による振動や構成部材の変形が軽減されるため、高速高精度なステージの制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の走査ステージを示す斜視図
【図2】図1の円Tで囲んだ部分の部分拡大斜視図
【図3】第2実施形態の走査型露光装置を示す概略図
【図4】第3実施形態の走査型露光装置を示す概略図
【図5】第3実施形態の走査露光装置を示す全体該略図
【図6】半導体デバイスの生産フロー図
【図7】ウエハプロセスのフロー図
【図8】従来の走査ステージを示す斜視図
【図9】図8の走査ステージ装置に用いられるリニアモータの固定子の磁場の説明図
【符号の説明】
1 防振ベース
2 推力支持ベース
22 ガイド
23 走査ステージ
24、25 コイルバネ
B1、B2 サブリニアモータ
C1、C2 推力発生装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element or the like by transferring a pattern of an original plate such as a reticle or photomask onto a photosensitive substrate such as a wafer. The present invention relates to a stage apparatus suitable for a scanning exposure apparatus. The present invention also relates to an exposure apparatus and a device manufacturing method using the same.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 shows a perspective view of a conventional scanning stage.
[0003]
The
[0004]
The
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
With the above configuration, a large thrust is required for the linear motor E1 in order to shorten the time consumed for acceleration and deceleration when the
[0006]
Further, when the
[0007]
Further, when the
[0008]
In order to reduce such heat generation, when a spring that does not generate heat is used for acceleration / deceleration of the stage, a separate device for compressing the spring is required when accelerating the stage for the first time. Increase the cost and cost.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a stage apparatus of the present invention includes a stage movable along a traveling path having an acceleration / deceleration area and a constant speed scanning area, and the stage is accelerated / decelerated in the acceleration / deceleration area of the traveling path. And a second drive mechanism that controls the stage at a constant scanning speed in the constant speed scanning region of the travel path, and acceleration of the stage by the first drive mechanism; In a stage apparatus that repeatedly performs constant speed travel of the stage by the second drive mechanism and deceleration of the stage by the first drive mechanism, the stage is first moved from the state where the stage is stopped. Before the stage is accelerated to the scanning speed by the first driving mechanism, the stage is accelerated to the scanning speed by the second driving mechanism.
[0010]
Preferably, the first drive mechanism stores the kinetic energy of the stage in another form, converts the stored energy into the kinetic energy of the stage again, and performs acceleration / deceleration of the stage. It is preferable to have a mechanism for converting kinetic energy into elastic energy. More specifically, the first drive mechanism preferably has a spring.
[0011]
The second drive mechanism is preferably a linear motor.
[0012]
Further, it is desirable that the second drive mechanism compensates for energy loss during the travel of the stage. In order to stop the stage, it is desirable to perform deceleration using the second drive mechanism.
[0013]
Further, it is desirable that the first base that supports the stage so as to be movable along the traveling path is independent of the second base that supports the first drive mechanism.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a perspective view showing a stage apparatus according to a first embodiment of the present invention.
[0015]
Reference numeral 1 denotes an anti-vibration base, and vibrations from the floor or the like are isolated by a vibration isolator (not shown). Reference numeral 2 denotes a thrust support base, which is vibrationally independent from the vibration isolation base 1.
[0016]
The scanning stage 23 on which the object is mounted is guided by a guide 22 having a pair of
[0017]
The thrust generators C1 and C2 have coil springs 24 and 25, spring bases 24a and 25a, spring base guides 26b and 27b, and motors 26d and 27d, respectively. One end of each of the coil springs 24 and 25 can be brought into contact with both end faces 23c and 23d of the scanning stage 23, and the other end is held by the spring bases 24a and 25a. The spring base guides 26b and 27b have
[0018]
A partially enlarged view of the sub linear motor is shown in FIG.
[0019]
The sub linear motors B1 and B2 are partially located inside the loop of the sub linear motor stator, and the sub linear motor stator 8 having a small loop-shaped
[0020]
Next, a method for driving the scanning stage will be described.
[0021]
In order for the thrust generators C1 and C2 to accelerate the scanning stage, it is necessary to apply an initial strain to the spring because the elastic force of the spring is required. However, the structure of the present invention is not provided with a mechanism for applying an initial strain to the spring. Therefore, in order to apply initial strain to the springs of the thrust generators C1 and C2, the scanning stage 23 is first accelerated to the required speed using the sub linear motors B1 and B2. As described above, since the thrust generated by the sub linear motors B1 and B2 is small, the acceleration of the scanning stage 23 is small. However, the sub linear motors B1 and B2 can apply thrust over almost the entire scanning range of the scanning stage 23. Therefore, the scanning stage is made to reach a predetermined speed by using the long stroke. The acceleration of the first scanning stage by the sub linear motors B1 and B2 requires a lot of time until the predetermined speed is reached, but it is sufficient that the required speed is reached before the exposure operation is started.
[0022]
In a state where the predetermined speed is reached by the sub linear motors B1 and B2, the scanning stage 23 contacts the coil spring of the thrust generator. The spring is compressed, the scanning stage 23 decelerates, and eventually stops. Next, the compressed spring repels to return to the natural length of the dimension before compression, and the scanning stage 23 changes its moving direction and starts accelerating with the stored elastic energy. When the spring returns to the previous dimension, the speed of the scanning stage 23 is accelerated to a predetermined speed before contacting the coil spring. After the scanning stage 23 is accelerated to a predetermined speed by the thrust generator, the sub linear motors B1 and B2 perform scanning speed control of the scanning stage 23. After finishing the scanning speed control, the scanning stage 23 comes into contact with the coil spring of the thrust generating apparatus on the opposite side to the above-described thrust generating apparatus at a predetermined speed. The spring is compressed, the scanning stage 23 decelerates, and eventually stops, and the same operation as before is repeated. Thereafter, the scanning stage 23 reciprocates between the two coil springs 24 and 25 of the thrust generator.
[0023]
When the stage is stopped, the sub linear motors B1 and B2 are used again. The deceleration method is the reverse of the method in which the stopped scanning stage 23 is accelerated to the predetermined speed for the first time, and the scanning stage 23 is decelerated using the sub linear motors B1 and B2 using a long stroke and stopped. Let
[0024]
The acceleration of the scanning stage 23 is accelerated using the operable region of the sub linear motors B1 and B2. However, when the stroke is narrow, the scanning stage 23 may come into contact with the coil spring before reaching the required predetermined speed. Conceivable. In this case, the scanning stage 23 is decelerated, redirected, and accelerated by the coil spring of the thrust generating means that has come into contact, and returned to the speed immediately before contacting the coil spring, and the acceleration of the scanning stage by the sub linear motors B1 and B2 is resumed. It is sufficient to reach a predetermined speed. The number of reciprocating motions of the scanning stage 23 until reaching a predetermined speed is determined by the thrust, stroke, and arrival speed of the sub linear motors B1 and B2. When the thrust of the sub linear motors B1 and B2 is extremely small, the number of reciprocating motions until the scanning stage 23 reaches a predetermined speed increases, and it takes time until the desired scanning motion is started. It is necessary to consider this. Further, when the traveling scanning stage 23 is stopped, the scanning stage 23 reciprocating may be repeatedly decelerated by the sub linear motors B1 and B2 by the reverse operation.
[0025]
Further, since the coil spring of the thrust generator is not an ideal system, in reality, the speed of the scanning stage 23 just before contacting the coil spring and the speed of the scanning stage 23 when leaving the coil spring do not exactly match. However, the loss of kinetic energy due to friction generated by the reciprocating motion of the scanning stage 23 can be supplemented by the sub linear motors B1 and B2, and the scanning stage 23 can be returned to a predetermined speed.
[0026]
According to this embodiment, since the acceleration / deceleration of the stage is repeatedly performed using the spring, almost no heat is generated during the acceleration / deceleration, and the weight of the apparatus can be reduced and the cost can be reduced.
[0027]
Furthermore, the sub linear motor only needs to be able to generate thrust enough to control the scanning speed of the accelerated scanning stage and to compensate for energy loss, so the entire sub linear motor should be designed to be small. Can do. As a result, the apparatus can be reduced in size and weight, and the material cost can be greatly reduced when an expensive rare earth magnet is used for the linear motor.
[0028]
In addition, since the thrust generator for repeatedly accelerating and decelerating the scanning stage is provided on the thrust support base that is vibrationally independent from the anti-vibration base that supports the stage and guide, the reaction that occurs when the stage is accelerated or decelerated is provided. The force is not transmitted to the anti-vibration base, and vibration or deformation of the anti-vibration base does not occur, so that highly accurate stage control can be realized. In this embodiment, the sub linear motor stator is provided on the vibration isolation base. However, the stator is not limited to this and may be provided on the thrust support base.
[0029]
In addition, since the initial necessary strain of the spring is initially caused by the sub linear motor, it is not necessary to provide a special mechanism for compressing the spring, so that the apparatus can be simplified, downsized, and cost can be reduced. it can.
[0030]
In this embodiment, the stage is accelerated / decelerated using a coil spring. However, the present invention is not limited to this, and a plate spring, an air spring, or the like may be used. Moreover, it is not restricted to what stores elastic energy like a spring, The thing which stores potential energy may be used.
[0031]
<Embodiment 2>
FIG. 3 shows a schematic view of a scanning type exposure apparatus using the above-described scanning stage apparatus as a second embodiment of the present invention.
[0032]
A scanning stage 53 is supported on the image stabilization base 51 so as to be movable in the scanning direction. A thrust generator and a sub linear motor for driving the scanning stage 53 are not shown, but have substantially the same configuration as that of the above-described embodiment.
[0033]
When the stage is stopped before the exposure operation starts, the scanning stage is driven to a predetermined scanning speed as described in the above-described embodiment, and the scanning stage 53 travels at the scanning speed in the center of the traveling path. During this time, the strip-shaped exposure light from the light source is irradiated onto the reticle L2 supported on the scanning stage 53, and the circuit pattern formed on the reticle is applied to the wafer W2 supported on the scanning stage by the equal magnification imaging optical system. An image is formed and scanned and exposed. By scanning both the wafer and the reticle, the entire reticle pattern is transferred to a predetermined shot on the wafer. The scanning stage is reciprocated to repeatedly scan and expose each shot on the wafer. When the wafer is exchanged after the exposure of the wafer is completed, the scanning stage is stopped and the wafer is exchanged as described in the above embodiment. When it is necessary to move the stage to a predetermined position for exchanging wafers or automatically correcting the apparatus, a sub-linear motor may be used. When the exposure starts again after exchanging the wafer, the above operation is resumed.
[0034]
A mirror 53a is provided integrally with the scanning stage 53, and the position of the scanning stage 53 can be measured by a laser interference system 54 that receives the reflected light.
[0035]
According to this embodiment, since there is almost no heat generation at the time of acceleration / deceleration of the stage, the reticle, the wafer, or the constituent members of the exposure apparatus does not undergo thermal deformation, etc., so that highly accurate exposure can be performed. Further, since there is almost no air fluctuation due to heat generation, position measurement by the laser interference system can be performed accurately.
[0036]
Further, as the thrust generating device for driving the stage and the sub linear motor are reduced in size, the exposure apparatus can be reduced in size, weight, and cost.
[0037]
In addition, since the thrust generating device for accelerating and decelerating the scanning stage is provided on the thrust supporting base independent of the anti-vibration base, the reaction force accompanying the acceleration and deceleration of the scanning stage is not transmitted to the anti-vibration base and guide. Highly accurate exposure can be performed. Further, it is desirable that the imaging optical system is also independent of the thrust support base that supports the thrust generator.
[0038]
<Embodiment 3>
FIG. 4 shows a schematic view of another type of scanning exposure apparatus according to the third embodiment of the present invention.
[0039]
In the scanning exposure apparatus described above, the reticle and wafer are held on the same scanning stage, and scanning exposure is performed using the equal magnification imaging optical system. In the present embodiment, the reticle and wafer are separated into different scanning stages. It is different to be held in.
[0040]
Wafer W3 is held on
[0041]
Between the reticle R3 and the wafer W3, a reduction imaging optical system 63 as an exposure unit is disposed. The exposure light emitted from the light source passes through the reticle R3 on which the pattern circuit is formed, is reduced to a predetermined reduction magnification N by the reduction imaging optical system, and is irradiated onto the wafer W3.
[0042]
Similar to the above-described scanning type exposure apparatus, the wafer W3 is exposed when the
V2 / V1 = N
The respective scanning speeds are controlled so that the above relationship is established.
[0043]
Each stage is provided with a mirror integrally, and the position of each stage can be measured by a laser interference system that receives the reflected light.
[0044]
FIG. 5 shows a schematic diagram of the overall configuration of the scanning exposure apparatus of the present embodiment.
[0045]
A reticle stage base 71a, which is a second vibration-proof base that supports the reticle stage 73, is integrated with a frame 94 that is erected on the wafer stage base 92 that supports the wafer stage 93. The reticle stage 73 is accelerated and decelerated. The thrust support base 71b that supports the second
[0046]
Further, exposure light is irradiated to a reticle (not shown) from a light source device 95 indicated by a broken line.
[0047]
Since the
[0048]
Although a sub-linear motor for controlling the scanning speed of the reticle stage 73 is not shown, as described above, the thrust generated by the sub-linear motor is very small and there is almost no influence of vibration or heat generation. Therefore, a sub-linear motor stator may be provided on the reticle stage base 71a. When the disturbance due to wiring or piping resistance acting on the reticle stage 73 is large, or when the required drive amount of the sub linear motor is relatively large, the sub linear motor stator is fixed to the reticle stage base 71a. It is desirable that the reticle stage base is fixed to the thrust support base 71b so as not to receive disturbances and reaction forces generated from the sub linear motor.
[0049]
Although the first thrust generator and the first sub-linear motor for driving the wafer stage are not shown, the thrust generator and the sub-linear motor are driven on the wafer stage base 92 as in the case of the reticle stage. What is necessary is just to comprise so that it may not be influenced by the reaction force of force.
[0050]
If the thrust of the first and second sub-linear motors (not shown) of the wafer stage 93 and the reticle stage 73 is extremely small, the time until the scanning speed is reached after the stage is stopped is delayed, and the productivity of the exposure apparatus Therefore, the sub-linear motor requires an acceleration force (thrust) that is completed during the first shot exposure after the wafer alignment is completed.
[0051]
According to the present embodiment, it is possible to obtain substantially the same effect as the above-described embodiment.
[0052]
Further, when exchanging wafers to perform exposure on a plurality of wafers using the same reticle, only the wafer stage may be stopped according to the above-described embodiment while the reticle stage continues to reciprocate. In this way, since the acceleration / deceleration operation of the reticle stage using the sub linear motor does not have to be performed at the time of wafer replacement, heat generation can be reduced and throughput can be improved.
[0053]
【The invention's effect】
According to the stage apparatus of the first aspect of the present invention, since the second drive mechanism accelerates the stage until the first drive mechanism can accelerate the stage, simplification of the apparatus, space saving, Cost reduction can be achieved.
[0054]
According to the stage device of the second aspect, since the first drive mechanism stores energy, heat generation during acceleration / deceleration of the stage can be reduced. According to the stage device of the fourth aspect, since the stage is accelerated / decelerated using the elastic force of the spring, the heat generated during the acceleration / deceleration of the stage can be reduced.
[0055]
According to the stage device of the seventh aspect, the stage scanning speed can be returned to a predetermined speed by complementing the energy loss due to friction or the like during the reciprocating motion of the stage with the second drive mechanism. .
[0056]
Further, according to the stage apparatus of the eighth aspect, by performing the stage stop operation using the second drive mechanism, it is possible to simplify the apparatus, save space, and reduce the cost.
[0057]
According to the stage apparatus of the ninth aspect, the vibration and deformation of the constituent members due to the driving reaction force of the stage are reduced, so that the stage can be controlled with high speed and high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a scanning stage of a first embodiment. FIG. 2 is a partially enlarged perspective view of a portion surrounded by a circle T in FIG. 1. FIG. 3 is a schematic view showing a scanning exposure apparatus of a second embodiment. 4 is a schematic view showing a scanning exposure apparatus according to a third embodiment. FIG. 5 is an overall schematic view showing the scanning exposure apparatus according to the third embodiment. FIG. 6 is a production flow diagram of a semiconductor device. FIG. 8 is a perspective view showing a conventional scanning stage. FIG. 9 is an explanatory diagram of a magnetic field of a stator of a linear motor used in the scanning stage apparatus of FIG.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Anti-vibration base 2 Thrust support base 22 Guide 23 Scan stage 24, 25 Coil spring B1, B2 Sub linear motor C1, C2 Thrust generator
Claims (14)
該第1の駆動機構による該ステージの加速と、該第2の駆動機構による該ステージの定速走行と、該第1の駆動機構による該ステージの減速とを繰り返し行うステージ装置において、
該ステージが停止している状態から、最初に該ステージを該第1の駆動機構により該走査速度まで加速する前に、該ステージを該第2の駆動機構により該走査速度まで加速を行うことを特徴とするステージ装置。A stage movable along a traveling path having an acceleration / deceleration area and a constant speed scanning area, a first drive mechanism for accelerating / decelerating the stage in the acceleration / deceleration area of the traveling path, and the constant speed of the traveling path A second drive mechanism for controlling the stage at a constant scanning speed in the scanning region,
In a stage device that repeatedly performs acceleration of the stage by the first drive mechanism, constant speed travel of the stage by the second drive mechanism, and deceleration of the stage by the first drive mechanism,
Before the stage is first accelerated to the scanning speed by the first driving mechanism from the state where the stage is stopped, the stage is accelerated to the scanning speed by the second driving mechanism. A featured stage device.
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