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JP2016004922A - ステージ装置、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法 - Google Patents

ステージ装置、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法 Download PDF

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智規 石川
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Abstract

【課題】 鉛直方向の支持に用いる磁石から水平方向に漏れる磁場を低減すること。【解決手段】 ステージ装置は、磁石LVMM1、LVMM2と、磁石LVMM1、LVMM2により浮上し、磁石LVMM1、LVMM2とともに水平面に沿う第1方向に移動する移動体と、移動体の可動域において磁石LVMM1、LVMM2の上方で対面する磁性体LVSSを有する固定部材LVSとを備えている。移動体が有する第1の磁場遮蔽面10と固定部材LVSが有する第2の磁場遮蔽面20とを用いて、磁石LVMM1、LVMM2の、少なくとも第1方向の側面を覆うことを特徴とする。【選択図】 図1

Description

本発明は、ステージ装置、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法に関する。
近年、半導体の回路パターンの形成に用いるリソグラフィ装置に対するスループット向上の要求に伴い、ウエハステージやレチクルステージ等のステージ装置における移動の高速化が望まれている。高速化の要求に応える手段として、特許文献1には電磁アクチュエータを用いてステージを鉛直方向に浮上させて支持する構造を開示している。
特開2011−3782号公報
特許文献1に記載において鉛直方向の支持に使用している電磁石から生じる磁場のうち、鉛直方向に向かう磁場の漏れは電磁石に対面している磁性体によって低減されるが、水平方向には磁場漏れが生じる。そのため、このようなステージ装置を電子線描画装置に適用すると、磁場の影響を受けて電子線の軌道がずれてしまい、パターンの描画位置がずれてしまう恐れが生じる。
そこで、本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、鉛直方向の支持に用いる磁石から水平方向に漏れる磁場を低減するうえで有利なステージ装置を提供することを目的とする。
本発明のステージ装置は、磁石と、前記磁石により浮上し、前記磁石とともに水平面に沿う第1方向に移動する移動体と、前記移動体の可動域において前記磁石の上方で前記磁石と対面する磁性体を有する固定部材とを備え、前記移動体が有する第1の磁場遮蔽面と前記固定部材が有する第2の磁場遮蔽面とを用いて、前記磁石の、少なくとも前記第1方向の側面を覆うことを特徴とする。
本発明のステージ装置によれば、鉛直方向の支持に用いる磁石から水平方向に漏れる磁場を低減することが可能となる。
第1の実施形態に係る描画装置の構成図。 ステージYMを鉛直方向から見た図。 第2の実施形態に係る描画装置の固定部及び可動部の図。 第3の実施形態に係る描画装置の固定部及び可動部の図。 第4の実施形態に係る描画装置の固定部及び可動部の図。
[第1の実施形態]
(描画装置の構成)
第1の実施形態に係るステージ装置について、図1を用いて説明する。図1はレジストの塗布されているウエハ(基板)W上に電子線を照射してパターンを形成する描画装置(リソグラフィ装置)1の正面図である。鏡筒CLは、電子線を発生する電子源(不図示)と、電子源から射出された電子線をウエハW上に集束する電子光学系(不図示)を有している。さらに、鏡筒CLは真空チャンバVCを貫通するように設置されており、真空チャンバVC内及び鏡筒CL内は真空ポンプ(不図示)を用いて真空雰囲気に保たれている。
真空チャンバVC内の底部には、土台となる定盤BS、及び定盤BSを支え、定盤BSへ伝わる外部振動を低減するためのマウントMTがある。定盤BS上にはX軸方向に移動可能なステージXMがある。ステージXM上には、ウエハWを保持した状態で移動するステージYMがある。ステージYMは、水平方向であるX軸方向と及びY軸方向(水平面に沿う第1方向)及び鉛直方向であるZ軸方向へ移動する。ステージXM及びステージYMには、ステージXMやステージYMを移動するためのアクチュエータを制御する制御部2を接続している。
ステージYM上には、X軸方向の位置を計測するために用いるミラーXBMがある。真空チャンバVCから吊り下げられている干渉計Lは、ミラーXBMに向けてレーザ光を射出し、ミラーXBMが反射したレーザ光と参照光との干渉光を検出する。干渉計Lは、この干渉光の強度変化に基づいてステージYMのX軸方向の変位を計測する。Y軸方向及びZ軸方向の変位も、ミラーYBM(図2(a)に図示)とZ軸方向用のミラー(不図示)を用いて同様に計測する。干渉計Lによる検出結果から、検出器3がステージYMのX軸、Y軸、Z軸方向の位置を出力する。
主制御部4は、制御部2と検出器3に接続されている。主制御部4は、検出器3の計測結果に基づいて、ステージXM及びステージYMに必要な移動量を制御部2に指示する。ステージXM及びステージYMは制御部2の指示に基づいて同期しながら移動をする。ステージYMは6軸方向(X、Y、Z、ωx、ωy、ωz)の位置が制御される。
(ステージの詳細構成)
固定部(固定部材)LVSと可動部LVMによって、ステージYM及びステージYMと一体となっている部材(移動体)を、磁気力によって鉛直方向に浮上させて非接触で支持している。
固定部LVSはステージXMに固定されており、本実施形態では磁性体LVSSにより形成されている。可動部LVMは後述の磁石ユニットYAMを介してステージYMに連結して設けられており、固定部LVSとの非接触支持を維持した状態で、磁石ユニットYAMの移動に伴いステージYMとともに移動する。これにより、ステージYMは、ステージYMの下方に配置されているケーブル等による振動の影響を受けずに高速で移動することができる。
可動部LVMは、永久磁石(磁石)LVMM1、LVMM2と、永久磁石LVMM1、LVMM2の底面を支持する磁性体LVMS(第2の磁性体)とを有している。磁性体LVMSの一部の領域は永久磁石LVMM1の側面に対面しており、永久磁石LVMM1、LVMM2からの生じる水平方向の磁場を遮蔽する遮蔽面10(第1の磁場遮蔽面)となっている。
永久磁石LVMM1、LVMM2は鉛直方向に互いに逆向きに着磁されており、後述の磁性体LVSSとの間にはたらく磁気吸引力の発生源となっている。固定部LVSは、永久磁石LVMM1、LVMM2の上方で永久磁石LVMM1、LVMM2と対面している磁性体LVSSを有している。磁性体LVSSの一部の領域は、永久磁石LVMM2の側面に対面しており、永久磁石LVMM1、LVMM2からの生じる水平方向の磁場を遮蔽する遮蔽面20(第2の磁場遮蔽面)となっている。なお、磁場を遮蔽するとは周囲に漏れる磁場をゼロにする場合のみを意味するのではなく、周囲に漏れる磁場を低減することを意味している。
固定部LVS及び可動部LVMは、断面がL字形状であり互いに上下逆に組み合わさるように配置している。また、固定部LVS及び可動部LVMはY軸方向に延伸した形状をしている(図2(a)(b)に図示)。特に固定部LVSのY軸方向の長さを可動部LVMの可動域、すなわちコイルYACの長さ以上とすることで、ステージYMのY軸方向への移動が大幅に外れてしまうことを防ぐガイドとしての役割も有している。
磁性体LVMS、LVSSは、磁場の多くを吸収することができ、永久磁石LVMM1、LVMM2から生じる外部への磁場漏れを低減することができる材料、すなわち、高透磁率の材料であることが好ましい。例えば、鉄、コバルト、ニッケルなどの透磁率μが1000以上の高透磁率材料である。特に、炭素鋼(炭素、シリコン、マンガン、リン、硫黄の合金)、ケイ素鋼(鉄とケイ素とアルミニウムの合金)、パーマロイ(鉄とニッケルの合金)等、磁場漏れを防ぐ効果がより高い材料であることが好ましい。
本実施形態では、永久磁石LVMM1、LVMM2の鉛直方向だけでなく水平方向にも、必ず固定部LVSと可動部LVMのいずれかの磁性体が存在するように構成されている。これにより、漏れ磁場を低減することが可能となり、さらに磁場の変動による描画への影響も低減することが可能となる。
固定部LVSと可動部LVMとの間の間隙の幅は、狭いほうが漏れ磁場を遮蔽する効果は高まるが、浮上支持という機能を鑑みると、両者が衝突しない程度の間隙が必要となる。そこで、間隙の幅は永久磁石の鉛直方向の長さ及びX軸方向の長さの半分以下とする。例えば、永久磁石の断面のサイズが14mm四方である場合は3〜7mmである。
ステージYMの底面には、ステージYMを移動するアクチュエータが配置されている。アクチュエータの可動部として磁石ユニットXAM、YAM、ZAMがある。磁石ユニットXAMはステージYMをX軸方向に移動し、2つの磁石ユニットYAMはステージYMをY軸方向に移動し、4つの磁石ユニットZAMはステージYMをZ軸方向に移動する。各々の磁石ユニットXAM、YAM、ZAMは、各々の磁石ユニットXAM、YAM、ZAMに対応するアクチュエータの固定部である、コイルXAC、YAC、ZACが貫通できるように中空の構造をしている。
磁石ユニットYAMは、コイルYACの上下に磁石YAMMを各々配置しており、各々の磁石YAMMのさらに上下をヨークYAMYで挟んでいる。さらに、ヨークYAMY同士を中間部材YAMIで固定している。Y軸方向には異なる磁極の磁石YAMMが交互に並べられている。
磁石ユニットZAMの磁石ZAMM1同士、ZAMM2同士には互いに異なる向きの磁性を帯びた磁石である。磁石ZAMM1、ZAMM2の側面にはヨークZAMYが配置されており、ヨークZAMY同士を中間部材ZAMIで固定している。
磁石ユニットXAMは、コイルXACの上下にある磁石XAMMと、各々磁石の上下に配置されたヨークXAMYと、ヨークXAMY同士を連結するように固定する中間部材XAMIで構成されている。各々の磁石XAMMはX軸方向に異なる向きの磁性を帯びた磁石である。
次に、鏡筒CLの下面からステージYMを見た図を図2(a)に、ステージXMからステージYMを見た図を図2(b)に示す。図2(a)(b)に示すように、ステージXMはY軸方向に長い形状をしている。コイルXACは単相の長円形コイルであって、XY平面においてY軸方向に長い形状をしている。コイルZACも単相の長円形コイルであり、コイルZACの成す面がコイルXACの成す面と直角を成すように配置されている。一方、コイルYACは多相コイルで構成されており、ステージYMをY軸方向に長距離駆動できる構成となっている。
制御部2は、コイルXACに電流を流して、電磁力により磁石ユニットXAM及びステージYMをX軸方向に駆動する。同様にコイルZACに電流を流して、磁石ユニットZAM及びステージYMをZ軸方向に駆動する。さらに、制御部2はステージYMの位置に応じたコイルYACの所定のコイルに対して電流を流して、磁石ユニットYAM及びステージYMをY軸方向に駆動する。
図2(b)に示すように、コイルZACの各コイルは、X軸方向、Y軸方向に離間して配置されている。これにより、浮上高さの微調整だけでなく、描画中にウエハW表面の微小な凹凸等に合わせてステージYMの傾きを制御することも可能となる。このようにして、制御部2からの指示に基づいて各々のコイルに対して流れる電流量、電流の方向、及びタイミング等に応じて、ステージYMの位置が制御される。
ステージXMはリニアモータ(不図示)を用いて、転動体を用いたガイド(不図示)に支持されながらX軸方向に移動する。ステージXMが移動した分だけ、磁石ユニットXAMも移動することで、ステージXMとステージYMが一体となってX軸方向に移動する。なお、各磁石ユニットXAM、YAM、ZAMやコイルXAC、YAC、ZACは不図示の磁気シールドで覆われており、周囲に磁場が漏れにくい構造となっている。
ステージXMとステージYMの移動によって、ウエハWは図2(c)に示すような軌跡を描く。電子線を照射しながらY軸方向に駆動するスキャン駆動(実線部)と、電子線を照射していない間にX軸方向に移動するステップ駆動(破線部)とを繰り返す。ステージXM及びステージYMの1回あたりの移動距離は、例えば、X軸方向には10〜100μmに対してY軸方向には100〜1000mmである。
本実施形態における固定部LVSにある遮蔽面20、可動部LVMにある遮蔽面10によって永久磁石LVMM1、LVMM2からの水平方向への磁場漏れを防ぐことができる。遮蔽面10と遮蔽面20によって、永久磁石LVMM1、LVMM2のY軸方向の側面を覆う構成としている。これにより、磁石ユニットZAMとコイルZACによって、固定部LVSと可動部LVMとの間の鉛直方向の間隙が変化した場合でも水平方向への磁場漏れを安定して低減することが可能となる。
なお、側面を覆うとは、永久磁石LVMM1、LVMM2の周囲を覆い隠して外部から全く見えない状態にすることを意味するのではない。永久磁石LVMM1、LVMM2の特定の側面が間隙を介して遮蔽面10や遮蔽面20と対面している状態であれば、特定の側面以外の面がその他の遮蔽面と対面していなくても構わない。
このような構成にすることで、可動部LVMのみを磁場遮蔽材料で覆った場合に生じる浮上支持のための磁気吸引力を遮断してしまう現象を防ぐことができる。固定部LVS及び可動部LVMの全てを磁場遮蔽材料で覆った場合に生じる磁場遮蔽材料の材料費の増大も防ぐことができる。
永久磁石LVMM1、LVMM2が発生する静磁場は、電子線の軌道を所定の方向にずらしてしまい、ウエハW上に描画されるパターンの描画位置がずれる要因となる。さらに、ステージYMが移動している場合は、電子線の照射位置における磁場の向きや大きさが変動する。ステージYMの駆動に合わせて周囲の磁場が変動すると、ステージYMの駆動と電子線の照射位置の補正を同期させる必要が生じる。
本実施形態によれば、永久磁石LVMM1、LBMM2から生じる静磁場を防ぐことができるため、電子線の照射位置周辺の磁場変動を抑制することが可能となる。そのため、電子線の照射位置に関して複雑な補正処理を施す必要がなくなる。
[第2の実施形態]
図3に第2の実施形態に係るステージ装置の固定部LVS及び可動部LVMの構成を示す。磁性体LVSSが、永久磁石LVMM2の側面だけでなく永久磁石LVMM1の側面とも対面するように、遮蔽面20を有している点で第1の実施形態とは異なる。
本実施形態も、水平方向に向かう磁場を低減できるように、遮蔽面10と遮蔽面20を組み合わせて永久磁石LVMM1、LVMM2のY軸方向の側面を覆っている。さらに本実施形態の場合は永久磁石LVMM1や永久磁石LVMM2から−X方向に漏れ出る磁場の多くが遮蔽面20のある磁性体LVSSで吸収されるため、−X方向に磁場が漏れにくくなる。
また、間隙EX1を通過した磁場も遮蔽面10のある磁性体LVMSによって吸収されるため、第1の実施形態に比べて外部に磁場が漏れにくくなる。このように、遮蔽面10と遮蔽面20とが水平方向に重なるように磁性体LVSSと磁性体LVMSが配置されていることで、第1の実施形態に比べて磁場の漏れを低減することが可能となる。
[第3の実施形態]
図4に第3の実施形態に係るステージ装置の固定部LVS及び可動部LVMの構成を示す。可動部LVMの磁性体LVMSには永久磁石LVMM1、LVMM2の両側面に対面している遮蔽面10を有するように凸部を形成している。
一方、固定部LVMの磁性体LVMSには、永久磁石LVMM1からみて−X方向では、遮蔽面10と一部の領域が重なるような遮蔽面20を有するように凸部を形成している。同様に、永久磁石LVMM1からみて+X方向においても、遮蔽面10と一部の領域が重なるような遮蔽面20を有するように凸部を形成している。固定部LVSが有する非磁性体の支持材LVSZは、磁性体LVSSを支持している。可動部LVMが有する非磁性体の支持材LVMZは、磁性体LVMSと磁性体LVMS上にある永久磁石LVMM1、LVMM2を支持している。
遮蔽面10と遮蔽面20の組み合わせることで永久磁石LVMM1、LVMM2のY軸方向の側面を覆うことが可能であり、永久磁石LVMM1、LVMM2の周囲の空間において水平方向に漏れる磁場を低減している。遮蔽面10と一部の領域が重なるように遮蔽面20を形成した構造にすることによって、ステージYMの高さが変動したとしても、水平方向への漏れ磁場を低減することができる。
また、本実施形態では、永久磁石LVMM1、LVMM2の側面の鉛直方向の長さよりも遮蔽面20の鉛直方向の長さを短くしている。すなわち永久磁石LVMM1、LVMM2の側面と遮蔽面20とが対面する面積を第1の実施形態及び第2の実施形態よりも狭くなるようにしている。これにより、水平方向にも磁気吸引力がはたらいてしまい、非制御下でステージYMが水平方向にも移動することを防ぐことができる。
本実施形態のように遮蔽面20の面積が小さい場合であっても、ステージYMがY軸方向に移動した際に生じる磁場の変動量を遮蔽面10及び遮蔽面20が無い場合に比べて1/30以下に低減することが可能となる。
[第4の実施形態]
図5に第4の実施形態に係るステージ装置の固定部LVS及び可動部LVMの構成を示す。本発明は、永久磁石を用いた浮上支持の構成だけでなく、電磁石を用いた浮上支持の構成にも適用することができる。コイルCとコイルCを巻きつけるEコアECを有する電磁石EMは、磁性体LVSSとの間に磁気吸引力を発生してステージYMの浮上を支持する。
第3の実施形態と同様に、遮蔽面10と遮蔽面20とを配置することによってEコアECのY軸方向の側面を覆っている。これによって電磁石EMから生じる水平方向への磁場漏れを低減することができる。また、コイルCに流す電流を調整することで浮上力を調整することができるため、電磁石EMは磁石ユニットZAMとコイルZACによるアクチュエータ機能の補助をすることができる。
[その他の実施形態]
最後に全ての実施形態に共通のその他の形態について説明する。固定部LVSと可動部LVM有する磁性体によって、永久磁石の少なくとも2側面が磁場を遮蔽する遮蔽面に対面する構成となっている。これにより水平方向に漏れる磁場を大幅に低減することが可能となる。さらに鉛直方向にも磁性体を配置すれば、周囲への磁場漏れやステージYMが移動した場合の磁場変動を大幅に減少することができる。
前述の各実施形態では磁性体LVSSや磁性体LVMSは一体として成形していたが、各々の磁性体が有する屈曲箇所において別部材の磁性体を組み合わせて成形していても構わない。しかしながら、一体として成形するほうが、簡便でありかつ別部材として構成した場合に締結箇所から微小な磁場漏れが発生することを抑制できるため好ましい。
固定部LVS及び可動部LVMは、図1に示すように移動するステージYMの側面に設けられても構わないし、ステージYMの底面に設けられていても良い。前述の各実施形態では電子線による描画装置を例に挙げたが、本発明に係るステージ装置は磁場の影響を受けやすい、荷電粒子線を用いる装置や微弱磁場を扱う機器等に適用することが可能である。
[物品の製造方法]
本発明の物品(半導体集積回路素子、液晶表示素子、撮像素子、磁気ヘッド、CD−RW、光学素子、フォトマスク等)の製造方法は、前述の実施形態のステージ装置を用いて基板(ウエハやガラス板等)上にパターンを露光する工程と、露光された基板に対してエッチング処理及びイオン注入処理の少なくともいずれか一方を施す工程とを含む。さらに、他の周知の処理工程(現像、酸化、成膜、蒸着、平坦化、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等)を含んでも良い。
EC Eコア
C コイル
LVMM1、LVMM2 永久磁石
LVM 可動部
LVS 固定部
LVMS 磁性体(可動部用)
LVSS 磁性体(固定部用)
YM ステージ
W ウエハ
1 描画装置
10 遮蔽面(可動部用)
20 遮蔽面(固定部用)

Claims (9)

  1. 磁石と、
    前記磁石により浮上し、前記磁石とともに水平面に沿う第1方向に移動する移動体と、
    前記移動体の可動域において前記磁石の上方で前記磁石と対面する磁性体を有する固定部材とを備え、
    前記移動体が有する第1の磁場遮蔽面と前記固定部材が有する第2の磁場遮蔽面とを用いて、前記磁石の、少なくとも前記第1方向の側面を覆うことを特徴とするステージ装置。
  2. 前記第1方向に延伸している前記第2の磁場遮蔽面の長さは、前記第1方向に延伸している前記第1の磁場遮蔽面の長さよりも長いことを特徴とする請求項1に記載のステージ装置。
  3. 前記磁石の上方で前記磁石と対面する磁性体は第1の磁性体であって、前記移動体は前記磁石の下方で前記磁石を接触支持する第2の磁性体を有することを特徴とする請求項1又は2に記載のステージ装置。
  4. 前記第1の磁場遮蔽面の一部の領域と前記第2の磁場遮蔽面の一部の領域が対面していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のステージ装置。
  5. 前記第2の磁場遮蔽面の鉛直方向の長さは、前記磁石の鉛直方向の長さよりも短いことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のステージ装置。
  6. 前記第1の磁場遮蔽面及び前記第2の磁場遮蔽面の透磁率は、いずれも1000以上であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のステージ装置。
  7. 前記磁石は永久磁石又は電磁石であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のステージ装置。
  8. 請求項1乃至7のいずれか1項に記載のステージ装置を有し、
    該ステージ装置に保持された基板上に荷電粒子線を照射してパターンを形成することを特徴とするリソグラフィ装置。
  9. 請求項8に記載のリソグラフィ装置を用いて、基板に荷電粒子線を照射する工程と、前記工程で照射される前記基板を現像する工程とを有することを特徴とする物品の製造方法。
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