JP2001015579A - 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】 （修正有） 【課題】 装置の大型化等を招くことなく位置決めの高
速化や高精度化を促進する。 【解決手段】 ほぼ鉛直な基準面に沿って２次元的に移
動自在に案内されたワークステージに対してほぼ鉛直な
第１の方向への駆動力を付与する第１の駆動手段４０に
よりワークステージを与えられた目標位置Ａに位置させ
るべく制御するステージ制御手段と、ワークステージを
第２の方向に移動させる第２の駆動手段と、ワークステ
ージの重さにバランスするカウンタマス６１をワークス
テージに連結している連結部材を巻回支持する滑車とを
備え、カウンタマスに対してほぼ鉛直な方向に沿った駆
動力を付与する第３の駆動手段８０によりカウンタマス
６１の駆動を制御するカウンタマス制御手段と、このカ
ウンタマス制御手段による制御およびステージ制御手段
による制御を前記目標位置Ａと現在位置Ｂとの比較結果
に基づいてオン・オフするスイッチ手段９５ａ、９５
ｂ、９６とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス等
を製造するためのリソグラフィ工程で使用する露光装置
や各種精密加工機、あるいは各種精密測定器等に搭載さ
れるステージ装置およびこれを用いた露光装置ならびに
デバイス製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体デバイス等の製造に用いら
れる露光装置として一般的にステッパと呼ばれる装置が
知られている。これは、レチクルやマスク等の原版のパ
ターンをウエハ等の基板に投影する投影光学系に対し
て、基板を２次元的にステップ移動させ、１枚の基板に
原版のパターン複数個分を焼き付けるものである。ステ
ッパの投影光学系に対してウエハ等の基板をステップ移
動させて位置決めするステージ装置としては、半導体デ
バイス等の高集積化に伴ってより高精度のものが要求さ
れる。また、近年では、１枚のウエハから得られるデバ
イス製品の数すなわち取り個数を増大させるためにウエ
ハが大型化する傾向にあり、これに伴ってステッパ等の
ステージ装置は大型化かつ高重量化してきている。この
ような状態で必要な精度を得るにはステージの動特性を
より一層向上させなければならず、ガイド等の剛性強化
が望まれるが、このためにステージ全体がさらに高重量
化し、コスト高になるおそれがある。

【０００３】加えて、半導体デバイス等の低価格化のた
めに露光サイクルタイムを短縮してスループットを向上
させることが要求されており、ウエハ等を移動させるス
テージも高速駆動することが望まれる。ところが、大型
でしかも高重量なステージを高速化するには、ステージ
を駆動するモータに大電流を流す必要があり、これに伴
いリニアモータが発熱する。この発熱は、ステージの構
造体に熱変形を与え、その結果、ステージの位置決め精
度を著しく悪化させ、微細な回路パターンをウエハに焼
き付ける際に大きな障害となる。

【０００４】他方、最近開発の進んでいる軟Ｘ線（荷電
粒子蓄積リング放射光）等を露光光とするＸ線露光装置
では、ウエハ等の基板を垂直に保持し、鉛直またはこれ
に近似する基準面内で２次元的にステップ移動させる縦
型ステージが用いられる。このような縦型ステージにお
いては、上記の大型化や高速化等に伴う問題に加えて、
ステージを重力方向に移動させるものであるためにステ
ージの自重補償を行なうカウンタマス機構等を必要とす
るが、カウンタマス等に振動が発生すればウエハ等の位
置決め精度を劣化させる外乱となり、ステージの動特性
等も著しく劣化するという問題がある。

【０００５】図１５および図１６は従来の縦型ステージ
の一例を示す。これは、合板１１１０ａ上に立設された
定盤１１１０に沿ってＹ軸方向（鉛直方向）に往復移動
自在であるＹステージ１１２０と、Ｙステージ１１２０
上をＸ軸方向に往復移動自在であるＸステージ１１３０
と、Ｙステージ１１２０をＹ軸方向に移動させるリニア
モータ１１４０と、Ｘステージ１１３０をＸ軸方向に移
動させる図示しないリニアモータ等を有するＸＹステー
ジである。

【０００６】定盤１１１０は、Ｙステージ１１２０の裏
面を、エアパッド等を介して非接触で支持するガイド面
を有する。また定盤１１１０の一端には、Ｙステージ１
１２０をＹ軸方向に案内するための図示しないＹガイド
（ヨーガイド）が設けられ、このＹガイドとＹステージ
１１２０の間も、エアパッド等によって非接触に保たれ
る。

【０００７】Ｙステージ１１２０とＸステージ１１３０
およびこれに保持された図示しないウエハ等の重さを相
殺（キャンセル）する自重補償機構１１６０は、一端に
Ｙステージ１１２０、他端にカウンタマス１１６１を吊
り下げるベルト１１６２と、これを巻回支持する滑車１
１６３を有し、カウンタマス１１６１の重量は、Ｙステ
ージ１１２０およびＸステージ１１３０とこれに保持さ
れたウエハ等を含むステージ可動部の重量にバランスす
るように設定されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術によれば、Ｙステージが高速で移動する際には
リニアモータに大電流を流す必要があり、これに伴って
リニアモータが発熱する。この発熱は、ステージの構造
体に熱変形を与え、その結果、ステージの位置決め精度
を著しく悪化させ、微細な回路パターンをウエハに焼き
付ける際に大きな障害となる。発熱を抑えるためにウエ
ハステージに冷却管を配置し、冷却水を循環させる対策
も考えられるが、この場合は冷却管の支持部材等により
ステージが大型化し、また冷却水が循環する際に循環ポ
ンプの脈動が振動源になってステージの位置決め精度を
著しく悪化させるため、好ましくない。

【０００９】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、カウンタマス等の自
重補償機構を備えた縦型ステージの制御手法を改善し、
装置の大型化等を招くことなく位置決めの高速化や高精
度化を大幅に促進できる高性能な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を提供す
ることを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明のステージ装置は、ほぼ鉛直な基準面に沿って２
次元的に移動自在に案内されたワークステージと、この
ワークステージに対してほぼ鉛直な第１の方向への駆動
力を付与する第１の駆動手段と、この第１駆動手段によ
り前記ワークステージを与えられた目標位置に位置させ
るべく制御するステージ制御手段と、前記ワークステー
ジを第２の方向に移動させる第２の駆動手段と、前記ワ
ークステージの重さにバランスするカウンタマスと、こ
のカウンタマスを前記ワークステージに連結している連
結部材を巻回支持する滑車とを備えたステージ装置にお
いて、前記カウンタマスに対してほぼ鉛直な方向に沿っ
た駆動力を付与する第３の駆動手段と、この第３駆動手
段により前記カウンタマスの駆動を制御するカウンタマ
ス制御手段と、このカウンタマス制御手段による制御お
よび前記ステージ制御手段による制御を前記ワークステ
ージの目標位置と現在位置との比較結果に基づいてオン
・オフするスイッチ手段とを具備することを特徴とす
る。また、本発明の露光装置は、このような本発明のス
テージ装置と、これによって保持され、位置決めされた
被露光物を露光する露光手段とを具備することを特徴と
する。また、本発明のデバイス製造方法は、このような
本発明の露光装置によって基板を露光する工程を有する
ことを特徴とする。

【００１１】これら本発明の構成において、スイッチ手
段は、ワークステージが目標位置に到達するまではカウ
ンタマス制御手段による制御のみをオンとする。このと
き、カウンタマス制御手段は第３駆動手段のみによりワ
ークステージを前記目標位置へ向けて駆動する。ワーク
ステージが目標位置に到達したら、スイッチ手段は、ワ
ークステージ制御手段による制御のみをオンとする。こ
れにより第１駆動手段のみによってワークステージの位
置が制御され、ワークステージは目標位置に到達する。
この制御において、カウンタマス制御手段は、ワークス
テージを目標位置へ向けて高速に移動させるために、ワ
ークステージから離れた第３駆動手段に大電流を流して
目標位置近傍までワークステージを加減速駆動する。そ
して、目標位置に到達したら、ワークステージ制御手段
は、第１駆動手段に微小な電流を流して高精度に位置決
めを行なう。これによれば、ワークステージに近い第１
駆動手段には大電流を流す必要がないため、第１駆動手
段によるワークステージ等の熱変形の影響が小さくな
る。したがって、より一層位置決め精度の向上と高速化
が促進されることになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態におい
ては、スイッチ手段は、ワークステージが目標位置に到
達するまではカウンタマス制御手段による制御のみをオ
ンとしてワークステージが第３駆動手段のみにより駆動
されるようにし、ワークステージが目標位置に到達した
らステージ制御手段による制御のみをオンとしてワーク
ステージが第１駆動手段のみにより駆動されるようにす
るものである。また、ステージ制御手段およびカウンタ
マス制御手段は、ワークステージの目標位置とフィード
バックされる現在位置とに基づいてワークステージを目
標位置に位置させるべくそれぞれ第１および第３駆動手
段を駆動するものである。また、第１および第３駆動手
段としてはリニアモータが用いられる。また、ワークス
テージを基準面に対して非接触に保つ静圧軸受装置、ワ
ークステージを第１方向に案内するヨーガイド、ワーク
ステージをヨーガイドに対して非接触に保つヨーガイド
静圧軸受装置、カウンタマスを第１方向に案内するカウ
ンタマスヨーガイド、カウンタマスをカウンタマスヨー
ガイドに対して非接触に保つカウンタマスヨーガイド静
圧軸受装置等が設けられている。露光装置としては、露
光光がＸ線であるものが該当する。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の第１の実施例に係るＸＹス
テージを示す。このＸＹステージは、図示しない合板上
に立設された定盤１０に沿ってＹ軸方向（鉛直またはこ
れに近似する方向）に往復移動自在であるＹステージ２
０と、Ｙステージ２０上をＸ軸方向に往復移動自在であ
るＸステージ３０と、Ｙステージ２０をＹ軸方向に移動
させる第１の駆動手段である一対のＹリニアモータ４０
と、Ｘステージ３０をＸ軸方向に移動させる第２の駆動
手段であるＸリニアモータ５０を有する。図１において
は、Ｙガイド１１を後で説明するために図の左側のＹリ
ニアモータ４０の図示を省略してある。

【００１４】定盤１０は、Ｙステージ２０とＸステージ
３０の裏面を、図示しない静圧軸受装置であるエアパッ
ド等を介して非接触で支持する基準面であるＸＹガイド
面１０ａを有する。定盤１０のＸ軸方向の一端には、Ｙ
ステージ２０をＹ軸方向に案内するヨーガイドであるＹ
ガイド１１（破線で示す）が立設され、Ｙガイド１１の
Ｙガイド面１１ａとＹステージ２０の間は、ヨーガイド
静圧軸受装置であるエアパッド２０ａ等によって非接触
に保たれている。両Ｙリニアモータ４０が駆動される
と、Ｙステージ２０が定盤１０のＸＹガイド面１０ａ上
をＹガイド１１に沿って移動する。

【００１５】Ｙステージ２０は一対のＹスライダ２１お
よび２２と、これらによって両端が支持されたＸリニア
モータ固定子５２とからなる枠体によって構成されてい
る。Ｙスライダ２１および２２の裏面は、定盤１０のＸ
Ｙガイド面１０ａに面しており、前述のようにエアパッ
ド等を介して非接触に支持される。また、図の左側のＹ
スライダ２２は他方２１より長尺であり、図２（ｂ）に
示すようにその側面２２ａがＹガイド１１のＹガイド面
１１ａに面しており、前述のようにエアパッド２０ａ等
を介して非接触に案内される。Ｙスライダ２１および２
２はそれぞれ、連結板２３によってＹリニアモータ可動
子４１に一体的に結合されている。

【００１６】Ｘステージ３０は、天板３１を有する中空
枠体であり、その中空部をＸリニアモータ固定子５２が
貫通している。天板３１の表面は図示しないワークであ
るウエハを吸着保持するワークステージを形成してい
る。両Ｙリニアモータ４０は、前述のように連結板２３
を介してＹステージ２０のＹスライダ２１および２２と
一体的に結合されたＹリニアモータ可動子４１と、その
開口部を貫通するＹリニアモータ固定子４２を有する。
各Ｙリニアモータ固定子４２に供給される電流によっ
て、各Ｙリニアモータ可動子４１にＹ軸方向の推力が発
生し、Ｙステージ２０とＸステージ３０をＹ軸方向に移
動させる。Ｘステージ３０をＹステージ２０上でＸ軸方
向に移動させるＸリニアモータ可動子は、Ｘステージ３
０の天板３１の内側に固着されている。Ｘリニアモータ
固定子５２に供給される電流によってＸリニアモータ可
動子にＸ軸方向の推力が発生し、Ｘステージ３０をＸリ
ニアモータ固定子５２に沿ってＸ軸方向に移動させる。

【００１７】Ｙステージ２０とＸステージ３０等の重さ
を相殺（キャンセル）する自重補償機構であるカウンタ
マス機構６０は、一端にＹスライダ２１および２２すな
わちＹステージ２０、他端にカウンタマス６１を吊り下
げる複数の連結部材であるベルト６２と、これを巻回支
持する滑車６３を有する。カウンタマス６１の重量はＹ
ステージ２０、Ｘステージ３０およびこれに保持された
ウエハ等を含むステージ可動部全体の重量にバランスす
るように設定されている。

【００１８】Ｘステージ３０がＸ軸方向に移動すると、
Ｙステージ２０とＸステージ３０を含むステージ可動部
の重心位置が変わるため、Ｚ軸のまわり（ωＺ軸方向）
の回転モーメントの釣り合いバランスが損なわれる。と
ころが、カウンタマス機構６０のみではこのモーメント
を受けることができず、Ｙステージ２０を案内するＹガ
イド（ヨーガイド）１１に過大な負荷がかかる。このよ
うな大きな負荷を支えるためにはＹガイド１１の剛性を
著しく増大させる必要があるが、そうすると、Ｙガイド
１１の剛性強化にはＹガイド１１等の大型化を伴うた
め、ステージ全体がさらに大型化、高重量化し、ステー
ジの動特性も悪化して、位置決めの高精度化や高速化を
大きく妨げる結果となる。また、Ｙステージ２０とカウ
ンタマス６１を連結するベルト６２には一般的にスチー
ルベルトやワイヤ等が用いられるが、Ｙステージ２０を
移動させるときにスチールベルトの剛性不足等に起因す
る振動を発生する。このような振動はステージの位置決
め精度を著しく悪化させ、位置決め制御系の周波数応答
特性を向上させる際の大きな障害となる。

【００１９】そこで、Ｙステージ２０と各ベルト６２の
連結部に、Ｘステージ３０の変位に応じてベルト６２の
張力または有効長さを調節するためのアクチュエータ７
０を設けてある。アクチュエータ７０としては、図４〜
図６にそれぞれ示すようなベルト６２の張力を制御する
ためのべロフラム（空気バネ）７１、エアシリンダ７
２、リニアモータ７３、あるいは図７に示すような、ベ
ルト６２の有効長さを変化させるための圧電素子７４等
を用いる。Ｙスライダ２１および２２を吊り下げるベル
ト６２のそれぞれのアクチュエータ７０の駆動量を、後
述するように、Ｘステージ３０の位置情報に基づいて個
別に制御することによって、各ベルト６２の張力または
有効長さを調節する。このようにして、Ｘステージ３０
の移動に伴って発生する回転モーメントを打ち消す（補
償する）ことによって、Ｙステージ２０がＹガイド１１
に与える負荷を低減させる。

【００２０】加えて、ベロフラム７１、エアシリンダ７
２またはリニアモータ７３は、ベルト６２の剛性不足に
よって発生する固有振動や、カウンタマス６１自体の固
有振動を吸収して減衰させる吸振効果を有する。すなわ
ち、アクチュエータ７０によって、ベルト６２からＹス
テージ２０に伝播する振動を低減させ、位置決め精度
や、位置決め制御系の周波数応答特性を大幅に向上させ
ることができるという利点もある。

【００２１】Ｙガイド１１のガイド面１１ａとこれに対
向するＹステージ２０（Ｙスライダ２２）の間は、前述
のようにエアパッド２０ａによって非接触に保たれてい
る。Ｙステージ２０は、エアパッド２０ａに加えて磁気
パッド２０ｂを有する。これは、エアパッド２０ａと逆
向きの予圧を与えて、図２（ａ）に示す軸受剛性Ｋ１を
得るためのものである。また、図３に示すように、Ｙガ
イド１１と平行して定盤１０の裏面側にカウンタマスヨ
ーガイド６４が配設されている。カウンタマスヨーガイ
ド６４は、カウンタマス６１の一端に設けられたカウン
タマスヨーガイド静圧軸受装置であるエアパッド６１ａ
および磁気パッド６１ｂに対向し、これらによって、カ
ウンタマス６１をＹ軸方向に非接触で案内する。カウン
タマス６１の磁気パッド６１ｂは、エアパッド６１ａと
逆向きの予圧を与えて、図２（ａ）に示すようにＹステ
ージ２０側の軸受剛性Ｋ１より大である軸受剛性Ｋ２を
得るように構成されている。

【００２２】このようにカウンタマスヨーガイド６４の
軸受剛性Ｋ２をＹガイド１１の軸受剛性Ｋ１より大きく
するのは、Ｘステージ３０のＸ軸方向の移動に伴ってＹ
ステージ２０の重心位置が変化した場合に発生する回転
モーメントの影響を、カウンタマスヨーガイド６４で受
けて、Ｙステージ２０にかかる回転モーメントを小さく
するためである。Ｘステージ３０のＹ軸方向とＸ軸方向
の位置は、それぞれＸステージ３０と一体であるＹ測長
用ミラー３０ａおよびＸ測長用ミラー３０ｂの反射光を
受光する位置センサ３０ｃおよび３０ｄによって計測さ
れる。

【００２３】次に、各アクチュエータ７０として、図４
に示すべロフラム７１を用いた場合を説明する。ベロフ
ラム７１は、給気口７１ａを備えたベローズ７１ｂを有
し、ベローズ７１ｂの上端は、Ｙステージ２０と一体で
ある第１のハウジング７１ｃに連結され、ベローズ７１
ｂの下端は、ベルト６２の下端に結合された第２のハウ
ジング７１ｄに連結されている。給気口７１ａに供給さ
れる空気の圧力を変えることによって、ベローズ７１ｂ
内の空気圧を変化させ、これによってベルト６２の張力
を変化させる。

【００２４】図８は、Ｘステージ３０のＸ軸方向の位置
情報に基づいてベローズ７１ｂの空気圧を制御する制御
系を示すブロック図である。同図に示すように、Ｘリニ
アモータ５０の制御を行なうサーボ系は、図示しないコ
ンピュータから送られる位置指令値と位置センサ３０ｄ
からフィードバックされるＸステージ３０のＸ軸方向の
位置情報とに基づいてＸリニアモータ５０の駆動量を制
御する。また、上記の位置指令値は、Ｋｐ変換されてベ
ロフラム制御系への圧力指令値とともに制御手段である
コントローラ７０ａに送信され、ベロフラム７１の給気
口７１ａに接続されたサーボバルブを調節してベローズ
７１ｂ内の空気圧を制御する。

【００２５】このように、Ｘステージ３０の位置指令値
に変換係数Ｋｐを乗じてベロフラム制御系への圧力指令
値に加算することによって、ステージ可動部の重心位置
が変わるときに各ベロフラム７１内の空気圧を変化さ
せ、各ベルト６２の張力を調節する。このようにして各
ベルト６２の張力を個別に調節することにより、Ｘステ
ージ３０の移動によって発生する回転モーメントと逆向
きの回転モーメントを発生させ、Ｙガイド１１にかかる
負荷を低減する。

【００２６】上記のモーメント補正を行なうことによっ
てＹガイド１１にかかる負荷が大幅に低減されるため、
Ｙガイド１１を大型かつ高重量にすることなく、ステー
ジの動特性を大幅に向上させ、ステップ移動や位置決め
の高速化と高精度化に対応することができる。しかし、
このようにアクチュエータ７０によってＹステージ２０
の回転モーメントを補正し、かつ、ベルト６２を介して
Ｙステージ２０に伝播する振動を低減しても、なおカウ
ンタマス６１からＹステージ２０に伝播する振動を完全
に除去するのは難しい。このような振動は、数Ｈｚと低
周波数ではあるが、位置決め精度をより一層向上させ、
かつ高速化を促進するためには無視することができな
い。

【００２７】そこで、図３に示すように、カウンタマス
６１をＹステージ２０と逆向きに加速してカウンタマス
６１の固有振動を抑制するための第３の駆動手段である
一対のリニアモータ８０が設けてある。両リニアモータ
８０は、カウンタマス６１の両端に配設され、それぞ
れ、Ｙステージ２０をＹ軸方向に駆動するＹリニアモー
タ４０の裏側に位置する。各リニアモータ８０は、カウ
ンタマス６１と一体であるリニアモータ可動子８１を有
し、リニアモータ可動子８１は、定盤１０の側縁に設け
られたリニアモータ固定子８２に沿って移動する。カウ
ンタマス６１を駆動するリニアモータ８０の制御系につ
いては図９のブロック図に基づいて後述する。

【００２８】これによれば、ベルト６２を含むカウンタ
マス機構６０からＹステージ２０に伝播する振動をアク
チュエータ７０によって減衰させ、かつ、カウンタマス
６１の固有振動自体を低減させることができるため、Ｙ
ステージ２０の制御系の外乱を極めて効果的に除去し、
より一層の位置決め精度の向上と位置決めの高速化に貢
献することができる。また、このように小型かつ高性能
で高速化に適したステージ装置を用いることによって、
半導体デバイス等を製造するための露光装置の小型化お
よび高性能化と生産性の向上に大きく貢献することがで
きる。

【００２９】各アクチュエータ７０として、ベロフラム
７１の代わりに図５に示すエアシリンダ７２を用いた場
合は、以下の通りである。給気口７２ａを備えたシリン
ダ７２ｂはＹステージ２０と一体であり、ベルト６２の
下端にはピストン７２ｃが連結されている。給気口７２
ａに供給される空気の圧力を変えることによって、ベル
ト６２の張力を変化させる。シリンダ７２ｂの空気圧を
制御する制御系は図８と同様である。

【００３０】各アクチュエータ７０として、図６に示す
リニアモータ７３を用いた場合は、以下の通りである。
リニアモータ７３のコイル７３ａはＹステージ２０と一
体であり、ベルト６２の下端には駆動用のマグネット７
３ｂが連結されている。コイル７３ａに供給される電流
を変えることによって、ベルト６２の張力を変化させ
る。コイル７３ａに供給される電流を制御する制御系は
図８と同様である。

【００３１】各アクチュエータ７０として、図７に示す
圧電素子７４を用いた場合は、以下の通りである。圧電
素子７４の上端を支持するハウジング７４ａはＹステー
ジ２０と一体であり、ベルト６２の下端には圧電素子７
４の下端を支持するハウジング７４ｂが連結されてい
る。圧電素子７４の電圧を変えることによって、その厚
さを変化させ、ベルト６２の有効長さを変化させる。圧
電素子７４の電圧を制御する制御系は図８と同様であ
る。

【００３２】図９は、カウンタマス６１およびＹステー
ジ２０の制御系を示す。同図に示すように、Ｙステージ
２０を駆動する制御ループとカウンタマス６１を駆動す
る制御ループにおいて、Ｙステージ２０の目標位置Ａと
現在位置Ｂとを比較する比較器９６と、比較器９６から
の信号に基づいて各制御ループを開閉するスイッチ９５
ａおよび９５ｂが設けられている。リニアモータ８０に
よってカウンタマス６１を駆動することは、ベルト６２
を介してＹステージ２０を駆動することにもなる。すな
わち、各制御ループは、目標位置Ａと、フィードバック
される位置センサ３０ｃからの現在位置Ｂとに基づいて
Ｙステージ２０を目標位置Ａに位置させるべく、それぞ
れＹリニアモータ４０およびリニアモータ８０を駆動す
る構成となっている。

【００３３】この構成において、Ｙステージ２０が目標
位置に到達するまでは、スイッチ９５ａが開き、スイッ
チ９５ｂが閉じた状態であるため、カウンタマス６１を
駆動する制御ループのみが閉じて、リニアモータ８０の
みが駆動する。そして、カウンタマス６１とＹステージ
２０はベルト６２により連結されているため、スイッチ
９５ａが開いていてＹリニアモータ４０に電流が流れな
くても、Ｙステージ２０はカウンタマス６１に引きずら
れて目標位置近傍まで駆動される。目標位置に到達した
ら、スイッチ９５ａが閉じ、スイッチ９５ｂが開いた状
態となるため、Ｙステージ２０を駆動する制御ループの
みが閉じて、リニアモータ４０のみによりＹステージ２
０を駆動するように制御が切り替わる。そして、この制
御系は、Ｙステージ２０を目標位置近傍まで高速で移動
させる場合には、ウエハから離れたカウンタマス６１の
リニアモータ８０に大電流を流してＹステージ２０を目
標位置近傍まで加減速駆動し、目標位置に到達したら、
Ｙステージ２０のリニアモータ４０に微小な電流を流し
て高精度に位置決めを行なう。

【００３４】これによれば、ウエハにより近いＹステー
ジ２０のリニアモータ４０には大電流を流すことがない
ため、ステージの熱変形の影響が小さくなる。したがっ
て、より一層位置決め精度を向上させ、高速化を促進す
ることができる。また、この制御系によれば、必要に応
じてカウンタマス６１のリニアモータ８０に冷却管を配
置し、冷却水を循環させるような対策も可能である。冷
却水が循環する際の循環ポンプの振動等は、先に示した
ようにアクチュエータ７０により遮断可能であるため、
位置決め精度を劣化させることはない。

【００３５】図１０は、第２の実施例を示す。この実施
例は、図１の実施例において、ベルト６２とＹステージ
２０の連結部にアクチュエータ７０を設ける替わりに、
定盤１０の上端に配設された滑車６３の軸受部（支持
部）にアクチュエータ９０を設けたものである。アクチ
ュエータ９０は、図１１に示すように、滑車６３を回転
支持するころがり軸受６３ａを載置した軸受ベース６３
ｂと定盤１０との間に配設したべロフラム９１によって
構成されている。べロフラム９１の内部構成は、図４の
べロフラム７１と同様であり、図８と同様の制御系によ
って制御される。ベロフラム９１の代わりに、図５〜図
７と同様のエアシリンダ、リニアモータ、圧電素子等を
用いてもよい。定盤１０、Ｙガイド１１、Ｙステージ２
０、Ｘステージ３０、Ｙリニアモータ４０、Ｘリニアモ
ータ５０、カウンタマス機構６０等の構成や作用は第１
実施例の場合と同様である。図１と同様の要素について
は同一符号を付してあり、説明は省略する。

【００３６】本実施例のように、ベルトの張力や有効長
さを調節するアクチュエータを滑車６３の支持部に用い
てもよい。また同様のアクチュエータを定盤１０の裏側
の、ベルト６２とカウンタマス６１の連結部に設けて
も、上記と同様の回転モーメントの補償を効果的に行な
うことができることは言うまでもない。

【００３７】次に、本発明によるステージ装置を用いた
Ｘ線露光装置の露光光学系について説明する。この露光
光学系では、図１２に示すように、Ｘ線源であるＳＲ発
生装置（荷電粒子蓄積リング）１から放射されたＸ線で
あるＳＲ光（荷電粒子蓄積リング放射光）はシートビー
ム状であるため、発光点から所定の距離に設置されたミ
ラー２によってＹ軸方向に走査される。ミラー２は１枚
に限らず、複数枚のミラーを用いてもよい。ミラー２に
よって反射されたＳＲ光は、Ｘ線透過膜上にＸ線吸収体
からなるパターンが形成されたマスク等の原版Ｍを透過
し、感光材としてのレジストが塗布されたウエハＷに照
射される。ウエハＷは、前述のステージ装置上のウエハ
チャック（ワークステージ）に保持され、ステージ装置
によってステップ移動および位置決めが行なわれる。原
版Ｍの上流側には露光時間を制御するためのシャッタ４
が配設され、シャッタ４の駆動装置４ａはシャッタコン
トローラ４ｂによって制御される。ミラー２とシャッタ
４の間には図示しないベリリウム膜が設けられており、
ミラー２側は超高真空、シャッタ４側はヘリウムガスの
減圧雰囲気に制御される。

【００３８】次にこの露光装置を利用した半導体デバイ
スの製造方法の実施例を説明する。図１３は半導体デバ
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１（回
路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステ
ップ２（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３（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
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５（組立）は
後工程と呼ばれ、ステップ４におい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なう。こうした工
程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステッ
プ７）される。

【００３９】図１４は上記ウエハプロセス（ステップ
４）の詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）では
ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）で
はウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（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１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち
込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光
剤を塗布する。ステップ１６（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１７（現像）では露光したウエハを
現像する。ステップ１８（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１９（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バイスを製造することができ
る。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、カ
ウンタマス制御手段による制御およびステージ制御手段
による制御をワークステージの目標位置と現在位置との
比較結果に基づいてオン・オフできるようにしたため、
ワークステージを目標位置近傍まで高速に移動させる場
合には、ワークステージから離れた第３駆動手段に大電
流を流してワークステージを加減速駆動し、目標位置に
到達したら第１駆動手段に微小な電流を流してワークス
テージを高精度に位置決めすることができる。これによ
れば、ワークステージにより近い第１駆動手段には大電
流を流すことがないため、ワークステージの熱変形の影
響を小さくし、より一層位置決め精度を向上させ、高速
化を促進することができる。そして、本発明のステージ
装置を用いた本発明の露光装置やデバイス製造方法によ
れば、半導体デバイス等の高精細化や低価格化を大幅に
促進することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例に係るステージ装置を
示す斜視図である。

【図２】 図１の装置におけるＹガイド等の軸受剛性を
説明する図、およびＹガイドの断面を示す図である。

【図３】 図１の装置を裏側からみた斜視図である。

【図４】 図１の装置におけるアクチュエータとして用
いるベロフラムの断面図である。

【図５】 図１の装置におけるアクチュエータとして用
いることができるエアシリンダの断面図である。

【図６】 図１の装置におけるアクチュエータとして用
いることができるリニアモータの断面図である。

【図７】 図１の装置におけるアクチュエータとして用
いることができる圧電素子の断面図である。

【図８】 図１の装置におけるアクチュエータの制御系
を示すブロック図である。

【図９】 カウンタマスおよびワークステージを駆動す
る制御系を示すブロック図である。

【図１０】 本発明の第２の実施例を示す斜視図であ
る。

【図１１】 図１０の装置におけるアクチュエータの断
面図である。

【図１２】 本発明のステージ装置を適用することがで
きるＸ線露光装置を示す図である。

【図１３】 本発明の露光装置を用いることができる半
導体製造工程を示すフローチャートである。

【図１４】 図１３の工程におけるウエハプロセスを示
すフローチャートである。

【図１５】 従来例に係る縦型ステージを示す側面図で
ある。

【図１６】 図１５の装置の立面図である。

【符号の説明】

１：ＳＲ発生装置、２：ミラー、３：ウエハチャック、
１０：定盤、１１：Ｙガイド、２０：Ｙステージ、２
３：連結板、３０：Ｘステージ、４０：Ｙリニアモー
タ、５０：Ｘリニアモータ、６０：カウンタマス機構、
６１：カウンタマス、６２：ベルト、６３：滑車、７
０，９０：アクチュエータ、７０ａ：コントローラ、７
１，９１：ベロフラム、７２：エアシリンダ、７３，８
０：リニアモータ、７４：圧電素子、８１：リニアモー
タ可動子、８２：リニアモータ固定子、９５ａ，９５
ｂ：スイッチ、９６：比較器、Ｍ：原版、Ｗ：ウエハ。

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５３１Ａ Ｆターム(参考） 2F078 CA08 CB05 CB09 CB10 CB12 CB13 CB16 CC02 CC11 CC15 2H097 CA15 KA28 5F031 CA02 HA58 LA02 LA08 LA13 MA27 5F046 GA04 GA11 GA18 5H303 AA06 BB02 BB08 BB12 DD04 DD08 DD12 DD14 DD28 EE03 EE07 FF04 FF06 GG13 HH01 KK35

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ほぼ鉛直な基準面に沿って２次元的に移
   動自在に案内されたワークステージと、このワークステ
   ージに対してほぼ鉛直な第１の方向への駆動力を付与す
   る第１の駆動手段と、この第１駆動手段により前記ワー
   クステージを与えられた目標位置に位置させるべく制御
   するステージ制御手段と、前記ワークステージを第２の
   方向に移動させる第２の駆動手段と、前記ワークステー
   ジの重さにバランスするカウンタマスと、このカウンタ
   マスを前記ワークステージに連結している連結部材を巻
   回支持する滑車とを備えたステージ装置において、前記
   カウンタマスに対してほぼ鉛直な方向に沿った駆動力を
   付与する第３の駆動手段と、この第３駆動手段により前
   記カウンタマスの駆動を制御するカウンタマス制御手段
   と、このカウンタマス制御手段による制御および前記ス
   テージ制御手段による制御を前記ワークステージの目標
   位置と現在位置との比較結果に基づいてオン・オフする
   スイッチ手段とを具備することを特徴とするステージ装
   置。
2. 【請求項２】 前記スイッチ手段は、前記ワークステー
   ジが前記目標位置に到達するまではカウンタマス制御手
   段による制御のみをオンとして前記ワークステージが前
   記第３駆動手段のみにより駆動されるようにし、前記ワ
   ークステージが前記目標位置に到達したら前記ステージ
   制御手段による制御のみをオンとして前記ワークステー
   ジが前記第１駆動手段のみにより駆動されるようにする
   ものであることを特徴とする請求項１に記載のステージ
   装置。
3. 【請求項３】 前記ステージ制御手段および前記カウン
   タマス制御手段は、前記ワークステージの目標位置とフ
   ィードバックされる現在位置とに基づいて前記ワークス
   テージを前記目標位置に位置させるべくそれぞれ前記第
   １および第３駆動手段を駆動するものであることを特徴
   とする請求項１または２に記載のステージ装置。
4. 【請求項４】 前記第１および第３駆動手段はリニアモ
   ータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
   項に記載のステージ装置。
5. 【請求項５】 前記ワークステージを前記基準面に対し
   て非接触に保つ静圧軸受装置が設けられていることを特
   徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のステージ
   装置。
6. 【請求項６】 前記ワークステージを前記第１方向に案
   内するヨーガイド、および前記ワークステージを前記ヨ
   ーガイドに対して非接触に保つヨーガイド静圧軸受装置
   が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいず
   れか１項に記載のステージ装置。
7. 【請求項７】 前記カウンタマスを前記第１方向に案内
   するカウンタマスヨーガイド、および前記カウンタマス
   を前記カウンタマスヨーガイドに対して非接触に保つカ
   ウンタマスヨーガイド静圧軸受装置が設けられているこ
   とを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のス
   テージ装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかのステージ装置
   と、これによって保持され、位置決めされた被露光物を
   露光する露光手段とを具備することを特徴とする露光装
   置。
9. 【請求項９】 露光光がＸ線であることを特徴とする請
   求項８に記載の露光装置。
10. 【請求項１０】 請求項８または９の露光装置によって
    基板を露光する工程を有することを特徴とするデバイス
    製造方法。