JP2000029530A - ステージ装置、およびこれを用いた露光装置ならびにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステージの駆動を高速高精度に行うととも
に、ステージの搭載物に対する発熱の影響を低減させ
る。 【解決手段】 ステージを所定方向に移動させるための
推力を発生する第１駆動機構と、これとは別の第２駆動
機構とを備え、該第２駆動機構の駆動の際に該第２駆動
機構に対して少なくとも該所定方向に与える力を発生す
る力発生機構を設けたことを特徴とするステージ装置に
より、高精度と高速を両立させる。換言すると比較的分
解能は悪いが推力の大きいアクチュエータと比較的推力
は小さいが分解能の高いアクチュエータとを並列に設け
た駆動系として発熱による精度劣化をなくしつつ、加速
中にも比較的推力は小さいが分解能の高いアクチュエー
タの位置偏差を累積させないようにして加速後の制定時
間を短縮することにより高精度と高速を両立させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対象物を搭載し、
この対象物を走査移動する間に対象物を高速高精度に位
置決めを行うためのステージ装置に関する。また、この
ようなステージ装置を用いた露光装置や、この露光装置
を用いたデバイス製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１にリニアモータを用いた従来のス
テージ装置の概略図を示す。

【０００３】不図示のべースにガイド１０２が固定さ
れ、ガイド１０２に対して１軸方向に沿って滑動自在に
工作物を載置するステージ１０１が支持されている。ス
テージ１０１の両サイドにはリニアモータ可動子１０４
が固定され、各リニアモータ可動子１０４にはリニアモ
ータ固定子１０５が非接触で対面し、各リニアモータ固
定子１０５は不図示のべースに固定されている。リニア
モータ可動子１０４は４極の磁石１０４ａと磁石の磁束
を循環させるためのヨーク１０４ｂを一体にしたものを
上下に配置して構成される。リニアモータ固定子１０５
は複数（この場合６個）のコイル１０５ａを１列に並べ
たものを固定子枠１０５ｂで固定したもので構成され
る。リニアモータ１０３は一般的なブラシレスＤＣモー
タの展開タイプで磁石１０４ａとコイル１０５ａの相対
位置関係に応じて駆動コイルおよびその電流の方向を切
り替えて所望の方向に所望の力を発生するものである。

【０００４】上記構成において、まずステージ１０１を
静止させた状態でステージ１０１の位置に応じて所定の
リニアモータコイル１０５ａに電流を流してステージ１
０１を加速し、所望の速度に達したら加速をやめて露光
や検査等の仕事を行い、一定速度期間を過ぎると所定の
リニアモータコイル１０５ａに電流を流してステージ１
０１を減速し、ステージ１０１を停止させる。

【０００５】ステージ１０１の位置は不図示のレーザ干
渉計等の高精度位置センサによって計測され、目的位置
との誤差をゼロにするように加減速とは別にリニアモー
タコイル１０５ａに電流を流すようにしており、加減速
中・一定速度期間中とにかかわらず常に高精度な位置制
御や速度制御を行うようになっている。

【０００６】また、図１２に２つの駆動手段を並列に配
置した場合における従来のステージ装置の概略図を示
す。

【０００７】不図示のべースにガイド１０２が固定さ
れ、ガイド１０２に対して１軸方向に沿って滑動自在に
工作物を載置するステージ１０１が支持されている。ス
テージ１０１の両サイドにはリニアモータ可動子１０４
が固定され、各リニアモータ可動子１０４にはリニアモ
ータ固定子１０５が非接触で対面し、各リニアモータ固
定子１０５は不図示べースに固定されている。

【０００８】リニアモータの方式は図１１のものとほぼ
同様であるが、比較的小出力のものが設けられている。

【０００９】さらに、リニアモータ系１０３と平行して
送りネジ駆動系１１０が設けられる。

【００１０】送りネジ駆動系１１０は、送りネジ１１
１、ナット１１２、モータ１１３、軸受け１１４、軸受
け箱１１５、凹部材１１６から構成される。不図示のべ
ースに固定された軸受け箱１１５・玉軸受け１１４に送
りネジ１１１が回転自在に固定され、送りネジ１１１の
回転により直動するナット１１２が送りネジ１１１に設
けられている。送りネジ１１１の一端には送りネジ１１
１を回転させるモータ１１３が設けられる。また、可動
子１０４には凹部材１１６が固定され、凹部材１１６と
ナット１１２は微小すきまを介して対面するようになっ
ている。

【００１１】上記構成において、まずステージ１０１を
静止させた状態で送りネジ駆動用のモータ１１３に電流
を流してステージ１０１を加速する。送りネジ１１１の
トルクはナット１１２によりガイド方向の推力に変換さ
れ、凹部材１１６を介してステージ１０１を所望の速度
に達するまで加速する。ステージの加速中はナット１１
２と凹部材１１６が接触し、加速に必要な力をステージ
に伝達する。ステージの加速が終了すると、ステージの
位置に応じて所定のリニアモータコイル１０５ａに所定
方向の電流を流してステージ１０１を一定速度に制御す
る。ステージ１０１が定速運動している間、送りネジ駆
動モータ１１３はナット１１２と凹部材１１６を非接触
に保つように制御する。ナットと凹部材とのすきまは、
送りネジ駆動モータによるナットの位置決め精度よりも
広くなるように構成されている。そのため、ステージの
定速運動を制御するリニアモータよりも、送りねじ駆動
系の制御は比較的粗い制御で良い。ステージ１０１の位
置は不図示のレーザ干渉計等の高精度位置センサで計測
されている。ナット１１２と凹部材１１６の相対位置は
直接センサで観察しても良いし、ステージ計測用の干渉
計と送りネジ駆動モータ１１３のエンコーダの計測値と
の両者から演算で求めても良い。一定速度期間を過ぎる
と送りネジ駆動用モータ１１３に電流を流してステージ
１０１を減速し停止させる。ステージの減速中はナット
と凹部材が接触し、減速に必要な力をステージに伝達し
ている。

【００１２】この方式ではステージの加減速を送りネジ
で、一定速度領域のステージの位置制御や速度制御をリ
ニアモータで行うようにしている。リニアモータにより
高精度に位置制御・速度制御されるのは一定速度領域だ
けである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述した前者の従来例
の場合、ステージの加減速運動中も一定速度運動中も常
に高精度な位置・速度制御が作動しているという点では
良いが、加減速時におけるリニアモータコイルからの発
熱が大きくなる。発熱源となるコイルが工作物の近くに
あり、またコイルを複数有しステージ位置によってコイ
ルを切り替える多相型リニアモータ固定子は、全体を冷
却するのは困難であるため、工作物周辺の部材が熱膨張
で変形したり、計測基準が熱膨張で変形したり、またレ
ーザ干渉計の光路の空気密度が擾乱されるため、工作物
の位置精度を低下させるという問題がある。

【００１４】また、上述した後者の従来例の場合、熱源
がモータ部だけに集中し、冷却が容易であり、熱源が工
作物から離れた位置にあるため、工作物周辺の熱膨張や
レーザ干渉計の光路の空気密度変化がおこりにくい。よ
って発熱による精度劣化が少ないという点で優れてい
る。しかし、ナットが凹部材に接触している加減速中
は、リニアモータによる精度の高い位置・速度制御が効
かない。これは、リニアモータで力を発生しても、送り
ネジ系の剛性が高いので、ステージの位置は送りネジの
駆動によって決まってしまうからである。送りネジ系の
高い剛性にリニアモータが無理に対抗しようとすると、
結局リニアモータの発熱が大きくなり、熱源を分離する
意味がなくなる。よって加減速中はリニアモータの位置
制御系を効かないようにするか、リニアモータ駆動力を
低いレベルでクランプしておくことでリニアモータの発
熱を無視できるようにする。しかし、このように送りネ
ジ系だけでステージを加速すると、加速終了時には送り
ネジ系の精度で位置が決まっているため、ステージの位
置決めを加減速制御系（送りネジ系）から位置制御系
（リニアモータ）に切り替えたとき、大きな位置偏差が
蓄積されており、制御系にステップ的に入力することに
なる。この結果、位置偏差が所定の値になるまでの時間
（制定時間）が長くなり、大推力で加速した意味がなく
なるという問題がある。

【００１５】このような課題を解決するためには、ステ
ージの加減速を行う駆動系と、ステージの高精度な位置
決めを行う駆動系とを両立させることが必要である。換
言すると比較的分解能は悪いが推力の大きいアクチュエ
ータと、比較的推力は小さいが分解能の高いアクチュエ
ータとを並列に設けた駆動系として発熱による精度劣化
をなくしつつ、推力の大きいアクチュエータによる加速
中にも、比較的推力は小さいが分解能の高いアクチュエ
ータにより位置偏差を累積させないようにして、ステー
ジの加速運動後から一定速度運動を行うまでの制定時間
を短縮することにより位置決めの高精度化と高速化を図
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明のステージ装置は、ステージを所定方向に移動させ
るための推力を発生する第１駆動機構と、これとは別の
第２駆動機構とを備え、該第２駆動機構の駆動の際に該
第２駆動機構に対して少なくとも該所定方向に与える力
を発生する力発生機構を設けたことを特徴とする。

【００１７】また、前記第２駆動機構は、前記所定方向
に沿って所定の自由度を持つように支持されていること
が望ましい。

【００１８】また、前記第２駆動機構によって前記ステ
ージを加速もしくは減速する際に、前記第１駆動機構に
よって該ステージの位置もしくは速度を制御することが
望ましい。また、前記第１駆動機構は前記第２駆動機構
よりも高い位置決め精度を有し、前記第２駆動機構は前
記第１駆動機構よりも大きな推力を発生可能であること
が好ましい。

【００１９】また、前記ステージは、前記第２駆動機構
から推力を受けつつ、前記第１駆動機構からの推力によ
ってステージの目標位置からの誤差が補正されることが
望ましい。

【００２０】また、前記第２駆動機構が、送りネジ、ベ
ルト駆動機構、ばねの弾性エネルギー、回転モータの少
なくともいずれかを利用したものであることが望まし
く、前記第１駆動機構が、リニアモータを有することが
望ましく、前記力発生機構は、電磁力によって駆動する
リニアモータ、ボイスコイルモータ、リニアパルスモー
タの少なくともいずれかを利用したものであることが好
ましい。

【００２１】また、上記課題を解決すべく本発明の露光
装置は、露光基板を保持して移動させるための上記いず
れか記載のステージ装置と、該保持された基板に露光を
行う手段を有することを特徴とする。

【００２２】また、前記露光装置は、パターンが形成さ
れたレチクルを保持するレチクルステージを備えること
が望ましく、レチクルを保持して投影光学系に対して走
査移動させる前記レチクルステージと、ウエハを保持し
て該投影光学系に対して該レチクルステージと共に走査
移動させるウエハステージとを有し、走査露光によって
レチクルのパターンをウエハに転写することが好まし
い。

【００２３】また、上記課題を解決すべく本発明のデバ
イス製造方法は、上記いずれか記載の露光装置を用意す
る工程と、レチクルパターンをウエハに転写する工程を
有することを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】＜実施形態１＞図１に本発明のス
テージ装置に関する第１実施形態の概略図を示す。

【００２５】不図示のべースにガイド２が固定され、ガ
イド２に対して１軸方向に沿って滑動自在に工作物を載
置するステージ１が支持されている。ステージ１の両サ
イドにはリニアモータ可動子４が固定され、各リニアモ
ータ可動子４にはリニアモータ固定子５が非接触で対面
し、各リニアモータ固定子５は不図示のべースに固定さ
れている。第１駆動機構であるリニアモータ３の方式は
従来ものとほぼ同様であり、ステージの一定速度運動を
制御するに十分な、比較的小出力のものが設けられてい
る。さらにリニアモータ系３には第２駆動機構である送
りネジ駆動系がステージに対して並列に設けられてい
る。

【００２６】送りネジ駆動系１０は、送りネジ１１、ナ
ット１２、モータ１３、回転・直動エアベアリング１
４、直動エアベアリング１５、凹部材１６、２極リニア
モータユニット２０から構成される。

【００２７】まず、送りネジ系１０の詳細について述べ
る。不図示のべースに固定される２個所の回転直動エア
ベアリング１４によって送りネジ１１が回転直進自在に
支持される。送りネジ１１の一端には、すりわり状の凹
加工が施され、軸に凸加工されたモータ１３の駆動軸と
の間でステージ駆動方向に対して自由度を持つように直
動エアベアリング１５が構成されている。軸に凸加工さ
れた駆動軸をもつモータ１３はべースに固定される。

【００２８】送りネジ１１には送りネジ１１の回転によ
り直動するナット１２が設けられている。送りネジの一
端には送りネジ１１を回転させるモータ１３が設けられ
る。また、ステージに固定された可動子４には凹部材６
が固定され、凹部材とナットは微小すきまを介して対面
するようになっている。ナットからの推力をステージに
伝達する手段は従来例と同様である。送りネジ１１のも
う一端は力発生機構である２極リニアモータユニット２
０に固定される。

【００２９】図２に２極リニアモータユニット２０の３
面図を示す。コイル２４が２個のコイル支持２６により
不図示のべースに固定されている。このコイル２４を囲
むように磁石ユニット２１が配置されるが、磁石ユニッ
ト２１は前述の送りネジ１１に固定され、コイル２４と
非接触を保つようになっている。磁石ユニット２１は２
極磁石２２とヨーク２３を一体にしたものをコイル２４
の上下に配置し、両側を側板で固定して箱構造にしたも
のである。

【００３０】コイル２４の形状は、直線部分と曲線部分
を持つトラック状の形状をしており、コイル２４の直線
部分が磁石２２と作用し、ローレンツ力により電流に比
例した力を非接触で出すようになっている。

【００３１】上記構成において、まずステージ１を静止
させた状態で送りネジ駆動用のモータ１３に電流を流し
てステージ１を加速する。送りネジ１１のトルクはナッ
ト１２によりガイド方向の推力に変換され、ステージ１
に固定された凹部材６を介してステージ１を所望の速度
に達するまで加速する。

【００３２】このとき同時に２極リニアモータ２０のコ
イル２４に電流を流して送りネジ系１１がステージ１に
伝達する推力とほぼ等しい推力を発生するようにする。
これは送りネジ１１がエアベアリング１４・１５によっ
てガイド２と平行な方向に滑動自在に支持されるので発
生推力と同じ力を与えて釣り合わせる必要があるからで
ある。

【００３３】送りネジを非接触でガイド方向と平行に支
持し、モータ１３と送りネジ１１の間のすりわり状の加
工部に設けた直動エアベアリング１５によって、モータ
１３が送りネジ１１に対して回転力のみを伝達するよう
にし、送りネジのスラスト方向の力はモータに伝達され
ず全て２極リニアモータ２０で受けるようにしているた
め、ステージに固定されたリニアモータ可動子４からみ
た送りネジ系１０のガイド方向における剛性は、ほとん
ど無視できる。また、コイル２４と磁石２２の相対位置
がずれることによる力の変化がない。つまり、２極リニ
アモータ２０をばね系として考えたときのばね定数はゼ
ロと考えることができる。

【００３４】この結果、ステージの加速中にナット１２
と凹部材１６が接触し、ステージの加速に必要な力をス
テージ１に伝達するときにおいても、ステージ１の両サ
イドに設けたリニアモータによる位置制御や速度制御が
効くようになる。つまりステージ両サイドのリニアモー
タの位置制御や速度制御を常に行いながら、加減速時に
は送りネジ系１０で力のみをステージに与えることがで
きる。

【００３５】従来では送りネジ系できまる位置を両サイ
ドのリニアモータで補正しようとすると送りネジ系の剛
性に対抗するため大きな推力が必要になり、位置や速度
の偏差を補正することができなかった。しかし、本実施
形態では送りネジ系１０の根元に設けた２極リニアモー
タ２０のステージ駆動方向における剛性がゼロとみなせ
るので、送りネジ系１０からは推力をもらいつつ、ステ
ージの目標位置からの誤差はステージ両サイドに設けた
リニアモータで補正することが可能である。

【００３６】この結果、ステージの加速終了時において
もステージ両サイドのリニアモータの位置制御系の位置
偏差が蓄積されず、ステージ加速後から所定の位置精度
になるまでの制定時間を極めて短くできる。また、２極
リニアモータ２０は工作物から離れた位置にあり、コイ
ル２４全体の寸法が短いので冷却が容易であり、さらに
２極リニアモータ２０のストロークはほぼゼロであるの
で、コイルの切り替えが必要なく、ストロークの大きい
リニアモータに比べて発熱の小さいリニアモータの設計
が可能である。そのため、送りネジ系１０のモータと同
様に、発熱による精度劣化が極めて少ない。また、２極
リニアモータはステージから離れていることが望まし
く、少なくともステージの両サイドに設けられているリ
ニアモータより離れていることが望ましい。

【００３７】ステージの加速が終了すると、送りネジ駆
動モータ１３はナット１２と凹部材１６を非接触に保つ
ように制御する。ナットと凹部材とのすきまは、送りネ
ジ駆動モータによるナットの位置決め精度よりも広くな
るように構成されている。そのため、送りネジ駆動系の
位置精度は、ステージの両サイドに設けられたリニアモ
ータよりも比較的粗い精度で良い。ステージ１の位置
は、不図示のレーザ干渉計等の高精度位置センサで計測
されている。ナット１２と凹部材１６の相対位置は直接
センサで観察しても良いし、ステージ計測用の干渉計と
送りネジ駆動モータ１３のエンコーダの計測値との両者
から演算で求めても良い。

【００３８】ステージが一定速度領域を過ぎると、送り
ネジ系１０で凹部材１６を介してステージに減速力を与
えてステージ１を減速させると同時に、２極リニアモー
タ２０にはステージに作用する減速力と同じ力を発生さ
せる。このときもステージ両サイドのリニアモータ３に
よる位置制御や速度制御は行ったままである。

【００３９】また、本実施形態のステージ装置では、図
３に示す通り２極リニアモータユニット２０の代わりに
円筒状のボイスコイルアクチュエータ３０を用いても良
い。

【００４０】ヨーク３１の外形は円筒形状であり鉄など
の強磁性体で構成される。ヨーク３１には円環状のみぞ
３２があり、この溝３２に円環状のコイル３３が非接触
で対面している。コイル３３はコイル支持３５によりべ
ースに固定される。ヨークの円環状みぞ３２の一部には
円筒の半径方向に磁束密度を発生する単極磁石３４が設
けられている。ほぼスピーカの駆動部と似た構成になっ
ている。このコイル３３に電流を流すと、ヨーク３１と
コイル３３の相対位置には無関係な、電流に比例した力
が発生する。

【００４１】また本実施形態では、２極リニアモータ２
０やボイスコイルアクチュエータ３０に限るものではな
く、推力が電流によって決まるアクチュエータなら何を
採用してもよい。たとえば、リニアパルスモータのよう
な鉄片どうしの磁気吸引力を用いるものであっても、設
計的に鉄辺同士の相対位置ずれに起因する力の大きさ、
つまりばね定数が、電流によって決まる力に対して小さ
く設計されていれば採用が可能である。

【００４２】図４は本実施形態のの変形例であり、送り
ネジ系の代わりにベルト駆動系５０を利用したものであ
る。ベルト駆動系５０はモータ５１のトルクをベルト５
４と突起５５を介して凹部材１６に伝え、ステージ１を
加速するものである。モータ支持板５２全体が小ガイド
５３で支持される２極リニアモータ２０の磁石ユニット
２１に直列に結合されている。作用動作および効果は前
述の送りネジ系によるステージの動作および効果とほぼ
同様である。

【００４３】＜実施形態２＞図５に本発明のステージ装
置に関する第２実施形態を説明するための概略図を示
す。

【００４４】本実施形態の基本的な構造は、前述の実施
形態の送りネジ系の代わりにばねを用いたものである。

【００４５】不図示のべースにガイド２が固定され、工
作物を載置するステージ１がガイド２に対して１軸方向
に沿って滑動自在に支持されている。ステージ１の両サ
イドにはリニアモータ可動子４が固定され、各リニアモ
ータ可動子４にはリニアモータ固定子５が非接触で対面
し、各リニアモータ固定子５は不図示のべースに固定さ
れている。第１駆動機構であるリニアモータの方式は前
述の従来のものとほぼ同様で、比較的小出力のものが設
けられている。さらにステージ１の駆動範囲の前後に
は、第２駆動機構であるばねアクチュエータ系４０が設
けられている。ばねアクチュエータ系４０は、ばね４１
と２極リニアモータユニット２０から構成される。

【００４６】図６に力発生機構である２極リニアモータ
ユニットの詳細を示す。コイル２４が２個のコイル支持
２６により不図示のべースに固定されている。このコイ
ル２４を囲むように磁石ユニット２１が配置されるが、
磁石ユニット２１は小ガイド２７に滑動自在に支持され
る磁石ステージ２８に固定され、コイル２４と非接触を
保つようになっている。磁石ユニット２１は、２極磁石
２２とヨーク２３を一体にしたものをコイル２４の上下
に配置し両側を側板で固定して箱構造にしたものであ
る。コイル２４は、直線部分と曲線部分を持つトラック
状の形状をしており、コイル２４の直線部分が磁石と作
用して電流に比例した力を出すようになっている。

【００４７】本実施形態に用いられる２極リニアモータ
ユニットと前述の２極リニアモータユニットとの違い
は、磁石ユニット２１の支持を送りネジではなく自前の
磁石ステージ２８および小ガイド２７で行っていること
である。この磁石ユニット２１の側板２５にばねが固定
されている。

【００４８】上記構成において、まずステージ１を静止
させた状態で、不図示のべースに設けた不図示の加圧手
段によりばね４１をステージ１の加速に必要なだけたわ
めておく。このとき同時に２極リニアモータ２０にはば
ねのたわみよる力と等しい力を発生するように電流を流
しておく。この状態でステージ両サイドのリニアモータ
３でばね４１の端部に触れる位置にステージ１を移動し
てその位置で位置サーボをかける。

【００４９】次に、前記加圧手段を解除する。するとば
ね４１はたわみに応じた弾性力をステージ１に伝達しな
がら伸びる。ばねの弾性力によってステージが加速して
いる間、２極リニアモータ２０には常にばね４１のたわ
みに応じた力と等しい力を発生するように電流をなが
す。ばねの発生する力は、ばねの伸びとともに変化する
が、２極リニアモータ２０の電流は、あらかじめばね４
１の伸びを時間の関数で計算しておいてこれをもとに与
えても良いし、ばね４１の伸びを別途センサで計測して
電流を制御しても良いし、ステージ１とばね４１の間に
力センサを設けてステージに所定の力がかかるように電
流を制御しても良い。本実施形態のようにばねを用いて
ステージを加速する場合でも、前述の送りネジ系の場合
と同様に、ステージ両サイドのリニアモータ３からみた
ばねアクチュエータ系４０の駆動方向に対する剛性は、
ほとんど無視できる。なぜなら、ステージからのばねの
スラスト方向の反力は、すべて非接触駆動機構である２
極リニアモータで受けているからである。また、２極リ
ニアモータ２０の発生する力は電流に比例し、コイルと
磁石ユニットの相対位置がずれることによる力の変化が
ない。

【００５０】この結果、ステージの加速中においても、
ステージ１の両サイドに設けたリニアモータ３による位
置制御や速度制御が効くようになる。つまりステージ両
サイドのリニアモータ３の位置制御や速度制御を常に作
動しておき、加減速時にはばねアクチュエータ系４０で
力のみをステージに与えることができるようになる。従
来例では送りネジ系できまる位置を両サイドのリニアモ
ータで補正しようとすると送りネジ系の剛性に対抗する
ため大きな推力が必要になったり、補正しきれなかった
りするのに対し、本実施例では、ばねアクチュエータ系
４０の根元に設けた２極リニアモータ２０の駆動方向に
対する剛性がほぼゼロとみなせるため、ばねアクチュエ
ータ系４０からは推力をもらいつつ、ステージの目標位
置に対する誤差はステージ両サイドに設けたリニアモー
タ３で補正することが可能になる。

【００５１】この結果、ステージの加速終了時にステー
ジ両サイドのリニアモータ３の位置制御系の位置偏差が
蓄積せず、ステージの加速終了後から所定の位置精度に
なるまでの制定時間を極めて短くできる。また、２極リ
ニアモータ２０は工作物から離れた位置にあること、コ
イル全体の寸法が短いので冷却が容易であること、さら
に２極リニアモータ２０のストロークはほぼゼロである
ことから、ストロークの大きいリニアモータにくらべて
発熱の小さい設計が可能である。そのため、送りネジ系
のモータと同様発熱による精度劣化が極めて少ない。ま
た、２極リニアモータはステージから離れていることが
望ましく、少なくともステージの両サイドに設けられて
いるリニアモータより離れていることが望ましい。

【００５２】ステージの加速終了後、ステージ１はばね
アクチュエータ４０と切り離されリニアモータ３のみで
位置制御や速度制御がなされる。一定速度領域を過ぎる
とステージ１は反対側のばね４１と接触する。ステージ
との接触前、反対側のばね４１は自然長で２極リニアモ
ータの電流もゼロになっている。ステージ１の位置はレ
ーザ干渉計で計測されており、ステージ１が反対側のば
ね４１と出会う位置にきたら、前述の加速の時と同様
に、ばね４１のたわみに応じて２極リニアモータ２０に
電流を流し、ステージを減速停止させる。反対側のばね
によるステージの減速停止動作中も、ステージ両サイド
のリニアモータ３による位置制御や速度制御は作動した
ままである。

【００５３】前述の実施形態において、ステージの加速
が終了すると送りネジ駆動モータはナットと凹部材を非
接触に保つように制御していた。しかし本実施例では、
ばねアクチュエータ系４０は、ステージの加速終了後か
らステージの減速開始までの間、位置制御をしなくても
よいという利点がある。加速が終わった時点でばねアク
チュエータ系４０とステージ系１が完全に切り離される
ので、ばね４１を自然長にしておけば何もしなくて良い
という特有の効果がある。このとき２極リニアモータ２
０の電流はゼロである。

【００５４】また本実施形態では最初に一度ばねをたわ
めると、ステージの運動エネルギが減速中にばね４１に
貯えられ、蓄えられたばねの弾性エネルギーが次のステ
ージの加速時に開放されるので、前述の実施形態の送り
ネジに相当する部分の冷却が不要になるという利点もあ
る。

【００５５】図７は本実施形態のステージ装置の変形例
であり、ばねの代わりに回転モータ＋コロを利用したも
のである。小ガイド２７で支持された２極リニアモータ
２０に前述のばねの代わりに回転モータ４５＋アーム４
６＋コロ４７を連結している。コロは加減速時のみステ
ージ両サイドのリニアモータ可動子に設けた突起と接触
し、ステージの加速減速を行うようになっている。他の
駆動動作は、前述のばねアクチュエータ系の駆動動作と
ほぼ同様である。

【００５６】このように、ステージの加減速を行う機構
は限られるものではなく、本発明の本質は、加減速機構
がステージの駆動方向に対して剛性を持たないこと、つ
まり加減速機構がステージの駆動方向に対して自由度を
持つように支持されていることが重要である。しかし、
加減速機構を駆動方向に対して自由度を持つよう支持を
しても、加減速機構が実際に大きなストロークで駆動さ
れるわけではないことは上述した通りである。

【００５７】＜実施形態３＞次に前述した実施形態のス
テージ装置をレチクルステージとして搭載した走査型露
光装置の実施形態を図８を用いて説明する。

【００５８】鏡筒定盤９６は床または基盤９１からダン
パ９８を介して支持されている。また鏡筒定盤９６は、
レチクル定盤９４を支持すると共に、レチクルステージ
９５とウエハステージ９３の間に位置する投影光学系９
７を支持している。

【００５９】ウエハステージは、床または基盤から支持
されたステージ定盤上に支持され、ウエハを載置して位
置決めを行う。また、レチクルステージは、鏡筒定盤に
支持されたレチクルステージ定盤上に支持され、レチク
ルを搭載して移動可能である。レチクルステージ９５上
に搭載されたレチクルをウエハステージ９３上のウエハ
を露光する露光光は、照明光学系９９から発生される。

【００６０】なお、ウエハステージ９３は、レチクルス
テージ９５と同期して走査される。レチクルステージ９
５とウエハステージ９３の走査中、両者の位置はそれぞ
れ干渉計によって継続的に検出され、レチクルステージ
９５とウエハステージ９３の駆動部にそれぞれフィード
バックされる。これによって、両者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。

【００６１】本実施形態では、前述のステージ装置をレ
チクルステージとして用いているため、高速・高精度な
露光が可能となる。

【００６２】本実施形態では、前述のステージ装置をレ
チクルステージとして用いているが、これに限るもので
はなく、例えばウエハステージに前述のステージ装置を
採用すれば、ウエハの高速・高精度な位置決めを行うこ
ともできる。

【００６３】＜実施形態４＞次に上記説明した露光装置
を利用した半導体ディバイスの製造方法の実施例を説明
する。図９は半導体ディバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導
体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造フロ
ーを示す。ステップ１１（回路設計）では半導体ディバ
イスの回路設計を行なう。ステップ１２（マスク製作）
では設計した回路パターンを形成したマスクを製作す
る。ステップ１３（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１４（ウエハプロ
セス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハ
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。ステップ１５（組み立て）は後工程と
呼ばれ、ステップ１４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）等の工程を含む。ステップ１６（検査）
ではステップ５で作製された半導体ディバイスの動作確
認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工
程を経て半導体ディバイスが完成し、これが出荷（ステ
ップＳ１７）される。

【００６４】図１０は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ２１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ２２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ２３（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２４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ２
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ２６（露光）では上記説明した露光装置によって
マスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステッ
プ２７（現像）では露光したウエハを現像する。ステッ
プ２８（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２９（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なうことによって、ウエハ上
に多重に回路パターンが形成される。本実施例の製造方
法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導
体ディバイスを製造することができる。

【００６５】

【発明の効果】請求項１記載のステージ装置によれば、
ステージは第２駆動機構から推力を受けつつ、第１駆動
機構の推力も受けることができる。つまり、第２駆動機
構によってステージを移動させているときでも、第１駆
動機構によってステージの位置決めを行うことができ
る。

【００６６】請求項２記載のステージ装置によれば、第
２駆動機構の所定方向の力を第３駆動機構によって受け
ることができる。これにより、第１駆動機構からみた第
２駆動機構の所定方向における剛性をほぼ無視でき、第
２駆動機構によってステージを移動させているときで
も、第１駆動機構によってステージの位置決めを行うこ
とができる。

【００６７】請求項３記載のステージ装置によれば、ス
テージが第２駆動機構によって加減速している間にも第
１駆動機構によってステージの位置制御や速度制御を行
うことができる。

【００６８】請求項４記載のステージ装置により、ステ
ージを第２駆動機構によって高速に駆動しているときで
も、第１駆動機構によって高い移動精度を発揮できる。

【００６９】請求項６記載のステージ装置により、第２
駆動機構の所定方向の力を第３駆動機構により受けるこ
とができる。これにより、第１駆動機構からみた第２駆
動機構の所定方向における剛性をほぼ無視でき、第２駆
動機構によってステージを移動させているときでも、第
１駆動機構によってステージの位置決めを行うことがで
きる。

【００７０】請求項８記載のステージ装置により、ステ
ージが第２駆動機構によってか減速している間にも第１
駆動機構によりステージの位置や速度を制御することが
でき、例えばステージの加速終了時に位置偏差が蓄積せ
ず、位置制御等のための制定時間を短縮することができ
る。

【００７１】本発明の請求項１３記載の露光装置によれ
ば、高速高精度な露光が可能となり、高い生産性を発揮
する露光装置を提供できる。

【００７２】本発明の請求項１６記載のデバイス製造方
法によれば、高速高精度にデバイスを製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態のボールネジを用いたステージ装
置の概略図

【図２】第１実施形態で用いられる２極リニアモータの
概略図

【図３】第１実施形態のステージ装置の変形例の概略図

【図４】第１実施形態の変形例のベルトを用いたステー
ジ装置の概略図

【図５】第２実施形態のばねアクチュエータを用いたス
テージ装置の概略図

【図６】第２実施形態で用いられる２極リニアモータの
概略図

【図７】第２実施形態の変形例の回転モータを用いたス
テージ装置の概略図

【図８】走査型露光装置の概略図

【図９】デバイス製造のフロー図

【図１０】ウエハプロセスの詳細なフロー図

【図１１】第１従来例の概略図

【図１２】第２従来例の概略図

【符号の説明】

１ ステージ ２ ガイド ３ リニアモータ ４ 可動子 ５ 固定子 ５ａ コイル １０ 送りねじ駆動系 １１ 送りネジ １２ ナット １３ モータ １４ 回転・直動エアベアリング １５ 直動エアベアリング １６ 凹部材 ２０ ２極リニアモータユニット ２１ 磁石ユニット ２２ 磁石 ２３ ヨーク ２４ コイル ２５ 側板 ２６ コイル支持 ２７ 小ガイド ２８ 磁石ステージ ３０ ボイスコイルアクチュエータ ３１ ヨーク ３２ 溝 ３３ コイル ３４ 磁石 ３５ コイル支持 ４０ ばねアクチュエータ系 ４１ ばね ４５ 回転モータ ４６ アーム ４７ コロ ４８ 突起 ５０ ベルト駆動系 ５１ モータ ５２ モータ支持板 ５３ 小ガイド ５４ ベルト ５５ 突起 １０１ ステージ １０２ ガイド １０３ リニアモータ １０４ 可動子 １０４ａ 磁石 １０４ｂ ヨーク １０５ 固定子 １０５ａ コイル １０５ｂ 固定子枠 １１０ 送りねじ駆動系 １１１ 送りネジ １１２ ナット １１３ モータ １１４ 軸受け １１５ 軸受け箱 １１６ 凹部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１６Ｂ ５１８

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステージを所定方向に移動させるための
   推力を発生する第１駆動機構と、これとは別の第２駆動
   機構とを備え、該第２駆動機構の駆動の際に該第２駆動
   機構に対して少なくとも該所定方向に与える力を発生す
   る力発生機構を設けたことを特徴とするステージ装置。
2. 【請求項２】 前記第２駆動機構は、前記所定方向に沿
   って所定の自由度を持つように支持されていることを特
   徴とする請求項１記載のステージ装置。
3. 【請求項３】 前記第２駆動機構によって前記ステージ
   を加速もしくは減速する際に、前記第１駆動機構によっ
   て該ステージの位置もしくは速度を制御することを特徴
   とする請求項１または２記載のステージ装置。
4. 【請求項４】 前記第１駆動機構は前記第２駆動機構よ
   りも高い位置決め精度を有し、前記第２駆動機構は前記
   第１駆動機構よりも大きな推力を発生可能であることを
   特徴とする請求項１〜３いずれか記載のステージ装置。
5. 【請求項５】 前記力発生機構は、前記所定方向に関し
   て前記第１駆動機構よりも前記ステージから遠い位置に
   配置されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか
   記載のステージ装置。
6. 【請求項６】 前記力発生機構は、前記第２駆動機構に
   かかる前記所定方向の力を受けるために必要な推力を発
   生することを特徴とする請求項１〜５いずれか記載のス
   テージ装置。
7. 【請求項７】 前記力発生機構は、前記第２駆動機構が
   前記ステージに与える推力と実質的に同じ推力を前記第
   ２駆動機構に与えることを特徴とする請求項１〜６いず
   れか記載のステージ装置。
8. 【請求項８】 前記ステージは、前記第２駆動機構から
   推力を受けつつ、前記第１駆動機構からの推力によって
   ステージの目標位置からの誤差が補正されることを特徴
   とする請求項１〜７いずれか記載のステージ装置。
9. 【請求項９】 前記第２駆動機構が、送りネジ、ベルト
   駆動機構、ばねの弾性エネルギー、回転モータの少なく
   ともいずれかを利用したものであることを特徴とする請
   求項１〜８いずれか記載のステージ装置。
10. 【請求項１０】 前記第１駆動機構が、リニアモータを
    有することを特徴とする請求項１〜９いずれか記載のス
    テージ装置。
11. 【請求項１１】 前記力発生機構は、非接触駆動機構で
    あることを特徴とする請求項１〜１０いずれか記載のス
    テージ装置。
12. 【請求項１２】 前記力発生機構が、電磁力によって駆
    動するリニアモータ、ボイスコイルモータ、リニアパル
    スモータの少なくともいずれかを利用したものであるこ
    とを特徴とする請求項１１記載のステージ装置。
13. 【請求項１３】 露光基板を保持して移動させるための
    請求項１〜１２いずれか記載のステージ装置と、該保持
    された基板に露光を行う手段を有することを特徴とする
    露光装置。
14. 【請求項１４】 前記ステージ装置は、パターンが形成
    されたレチクルを保持するレチクルステージであること
    を特徴とする請求項１３記載の露光装置。
15. 【請求項１５】 レチクルを保持して投影光学系に対し
    て走査移動させる前記レチクルステージと、ウエハを保
    持して該投影光学系に対して該レチクルステージと共に
    走査移動させるウエハステージとを有し、走査露光によ
    ってレチクルのパターンをウエハに転写することを特徴
    とする請求項１４記載の露光装置。
16. 【請求項１６】 請求項１３〜１５いずれか記載の露光
    装置を用意する工程と、レチクルパターンをウエハに転
    写する工程を有することを特徴とするデバイス製造方
    法。
17. 【請求項１７】 請求項１６記載のデバイス製造方法に
    おいて、ウエハにレジストを塗布する工程と、ウエハに
    露光された部分を現像する工程とを更に有することを特
    徴とする請求項１６記載のデバイス製造方法。