JP2001313247A

JP2001313247A - ステージ装置及びこれを用いた露光装置並びにデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2001313247A
Application number: JP2000132327A
Authority: JP
Inventors: Shinji Oishi; 伸司大石
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-05-01
Filing date: 2000-05-01
Publication date: 2001-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】装置の大型化等を回避し位置決めの高速化や
高精度化を促進する。【解決手段】基準面に沿って移動自在であるワークス
テージ２０，３０を上下方向に沿って移動させるステー
ジ駆動機構のＹリニアモータ４０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６１を含むカウン
タステージと、カウンタマス６１を前記ワークステージ
に連結する各ベルト６２と、該ベルトを支持する滑車６
３と、カウンタマス６１を上下方向に沿って移動させる
カウンタマス駆動機構のリニアモータ８０及び計測手段
とを有し、ワークステージ計測位置とカウンタステージ
計測位置との差分より継ぎ手のギャップ量を推定する手
段と、該継ぎ手を所定のギャップ量に設定する手段とを
設け、これらの値より前記継ぎ手の制御系への指令値を
演算する継ぎ手ギャップコントローラを設けた。

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
れるステージ装置及びこれを用いた露光装置並びにデバ
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原版のパタ
ーンをウエハ等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、一枚の基板に原版の
パターン複数個分を焼き付けるものである。

【０００３】ステッパの投影光学系に対してウエハ等基
板をステップ移動させて位置決めするステージ装置は、
半導体デバイス等の高集積化に伴なってより高精度のも
のが要求される。

【０００４】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、これに伴なってス
テッパ等のステージ装置は大型化かつ高重量化する。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
量化する結果となる。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、
ステージを支える構造体の剛性をより一層強化しなけれ
ばならず、このために装置全体が著しく大型化かつ高重
量化し、コスト高になるおそれがある。

【０００５】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なう問題に加えて、
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。また、カウンタマスとワークステー
ジは滑車を介してベルトで連結される場合が多く、滑車
の軸受けの耐久性が問題になる。

【０００６】図１８及び図１９は一従来例による縦型ス
テージ装置を示す図である。このステージ装置は、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１１２
０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シリンダ１１４０と、Ｘステージ１
１３０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。

【０００７】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。

【０００８】Ｙステージ１１２０とＸステージ１１３０
及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、これを巻掛け支持する滑車１
１６３を有し、カウンタマス１１６１の重量は、Ｙステ
ージ１１２０及び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。

【０００９】

【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、ワークステージとカウンタマス１１６
１を連結するベルト１１６２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、ワークステージを移動さ
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
が発生する。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性を
向上させる際の大きな障害となる。

【００１０】そこでワークステージと各ベルト１１６２
の連結部に、ベルト１１６２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を設ける。アクチュエータ
は、ベルト１１６２の張力を制御するためのダイヤフラ
ム（空気バネ）、エアシリンダ、リニアモータ、あるい
はベルトの有効長さを変化させるための圧電素子等が用
いられる。しかし、これらのアクチュエータを駆動しベ
ルト１１６２の長さを制御するには、アクチュエータの
位置を計測するセンサが別途必要であり、またセンサケ
ーブル引き回しによる信頼性の低下等を招く恐れがあ
り、大きな問題となっていた。

【００１１】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において、装置の大型
化など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及びこれを用いた
露光装置並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。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的を達
成するために、本発明に係るステージ装置は、基準面に
沿って移動自在であるワークステージと、該ワークステ
ージを上下方向に沿って移動させるステージ駆動機構
と、該ワークステージの重さにバランスするカウンタマ
スを含むカウンタステージと、該ワークステージと該カ
ウンタマスとを連結する連結部材と、該連結部材を支持
する滑車と、該カウンタマスを上下方向に沿って移動さ
せるカウンタマス駆動機構及び計測手段と、前記ワーク
ステージの変位に応じて前記連結部材の張力および有効
長さのうちの少なくとも一方を調節可能とする継ぎ手と
を有し、ワークステージ計測位置とカウンタステージ計
測位置との差分より前記継ぎ手のギャップ量を推定する
手段と、該継ぎ手を所定のギャップ量に設定する手段と
を設け、これらの値より前記継ぎ手の制御系への指令値
を演算する継ぎ手ギャップコントローラを設けたことを
特徴とする。その結果、特別なセンサを設けることなく
継ぎ手のギャップ量を推定して、継ぎ手のアクチュエー
タの位置を制御することが可能となった。

【００１３】また、前記ワークステージは、前記上下方
向に沿って移動する第１ステージと、前記基準面に沿っ
て２次元的に移動自在な第２ステージとを有してもよ
く、前記ステージ駆動機構及びカウンタマス駆動機構が
リニアモータであってもよく、前記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が設けられてい
ることが望ましく、前記ワークステージを上下方向に案
内するヨーガイドと、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
けられていることが好ましい。また、前記カウンタマス
を上下方向に案内するカウンタマスヨーガイドと、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
られていることが好ましく、前記継ぎ手として、空気バ
ネ、エアシリンダ、リニアモータおよび圧電素子のうち
のいずれかが用いられる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る
ステージ装置を示す斜視図である。このステージ装置
は、図示しない合板上に立設された定盤１０に沿って上
下方向であるＹ軸方向（鉛直またはこれに近似する上下
に沿った方向）に往復移動自在であるＹステージ２０
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
せるステージ駆動機構を構成する一対の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駆動機
構を構成するＸリニアモータ５０を有するＸＹステージ
とを備えている。図１においては、後述するＹガイド１
１を説明するために、左側のＹリニアモータ４０の図示
を省略している。

【００１５】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Ｙガイド面１
０ａを有する。

【００１６】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。

【００１７】Ｙステージ２０は、一対のＹスライダ２
１，２２とこれらによって両端を支持されたＸリニアモ
ータ固定子５２からなる枠体によって構成されている。
両Ｙスライダ２１，２２の裏面が定盤１０のＸＹ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、図示左側のＹスライダ
２２は他方より長尺であり、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（図２の
（ｂ）参照）。両Ｙスライダ２１，２２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。

【００１８】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し、ワークステージの一部を形成し
ている。ここで、ワークステージは、Ｙステージ２０と
Ｘステージ３０とを含んで構成され、ワークであるウエ
アハを保持して、基準面１０ａに沿って２次元的に移動
自在である。

【００１９】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２１，２
２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。

【００２０】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３０の天板３１の内側に固着されている。

【００２１】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Ｙリニアモータ固定子５２に
沿ってＸ軸方向に移動させる。

【００２２】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２１，２２を含むＹ
ステージ２０を吊り下げ、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
掛け支持する滑車６３とをＸ軸方向に間隔を置いて２箇
所に有し、カウンタマス６１の重量は、Ｙステージ２０
とＸステージ３０及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。

【００２３】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。

【００２４】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、
Ｙガイド１１の剛性強化にはＹガイド１１等の大型化を
伴なうため、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。

【００２５】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
イヤー等が用いられるが、Ｙステージ２０を移動させる
時にスチールベルトの剛性不足等に起因する振動が発生
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。

【００２６】そこでＹステージ２０と各ベルト６２の連
結部には、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可能とする継ぎ手としてアク
チュエータ７０を設けてある。このアクチュエータ７０
としては、図４に示すようにベルト６２の張力を制御す
るためのベロフラム（空気バネ）７１、図５に示すエア
シリンダ７２、図６に示すリニアモータ７３、あるいは
図７に示すようにベルト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。両Ｙスライダ２１，２２
を吊り下げるベルト６２のそれぞれのアクチュエータ７
０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で、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の移動に伴なって発生する回転モーメントを
打ち消す（補償する）ことで、Ｙステージ２０がＹガイ
ド１１に与える負荷を低減する。

【００２７】加えて、ベロフラム７１、エアシリンダ７
２及びリニアモータ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し、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できると
いう利点もある。

【００２８】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を有し、これは、エアパッド２０ａと逆向
きの予圧を与えて、図２の（ａ）に示す軸受剛性ｋ１を
得るためのものである。

【００２９】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６
４が配設されており、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及び磁気パ
ッド６１ｂに対向し、これらによって、カウンタマス６
１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。

【００３０】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軸方向の移動に伴なって
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。

【００３１】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、Ｘ測長用ミラー３０ｂの反射光を受光す
る位置センサ３０ｃ，３０ｄによって計測される。

【００３２】次に、各アクチュエータ７０として、図４
に示すベロフラム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で、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。

【００３３】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。Ｘリニアモータ５０の制御
を行うサーボ系は、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、変換係数ｋｐにて変換されてベロフラム制
御系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。

【００３４】Ｘステージ３０の位置指令値に変換係数ｋ
ｐを乗じてベロフラム制御系の圧力指令値を加算してお
くことで、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で、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。

【００３５】上記のモーメント補正を行うことで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
と高精度化に対応できる。

【００３６】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。

【００３７】そこで、本実施例では、図３に示すよう
に、カウンタマス６１にカウンタマス測長用ミラー６１
ｃと反射光を受光する位置センサー６１ｄを配置し、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カウンタマス駆動機構である一
対のリニアモータ８０を設ける。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。

【００３８】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、該リニア
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。すなわち、各リ
ニアモータ８０は、カウンタマス６１をＹ軸方向に沿っ
て駆動する。そして、リニアモータ８０は、リニアモー
タ固定子８２に供給される電流を制御することで、カウ
ンタマス６１のＹ軸方向の加速度が、Ｙリニアモータ４
０からＹステージ２０に与えられる加速度と逆向きで絶
対値が同じになるように調節し、更に滑車６３の慣性モ
ーメントに比例した値とＹステージ２０の加速度指令値
を乗算した値が、カウンタマス６１の制御系にフィード
フォワード制御される制御系を設けて制御される。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に示すブロック図に基づいて後述する。

【００３９】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
自体を低減することで、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できる。

【００４０】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で、半導体デバイス等を製
造するための露光装置の小型化及び高性能化と生産性の
向上に大きく貢献できる。

【００４１】各アクチュエータ７０として、ベロフラム
７１の替わりに図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に上向きに突設したロッドが連
結されている。給気口７２ａに供給される空気の圧力を
変えることで、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に示したもの
と同様である。

【００４２】各アクチュエータ７０として、図６に示し
たリニアモータ７３を用いた場合には、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７３ｂが連結されている。コイル７３ａに供給される
電流を変えることで、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
に示したものと同様である。

【００４３】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で、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に示したものと同様
である。

【００４４】図９は、カウンタマス６１、Ｙステージ２
０、及び継ぎ手の制御系を示すブロック図である。以下
の説明において、重さのバランス上、ワークステージに
は、Ｙステージ２０、Ｘステージ３０、ミラー３０ａ，
３０ｂ、Ｙリニアモータ４０の可動子４１、Ｘリニアモ
ータ５０、アクチュエータ７０、ワークであるウエハ、
及びこれらと一体的に上下動する物全体が含まれる。ま
た、カウンタステージには、カウンタマス６１、リニア
モータ８０の可動子８１、及びこれらと一体的に上下動
する物全体が含まれる。

【００４５】Ｙリニアモータ４０の制御を行うサーボ系
は、Ｙステージ位置指令値と位置センサ３０ｃからフィ
ードバックされるＹステージ２０のＹ軸方向の位置情報
を、Ｙステージコントローラ、Ｄ／Ａ変換器、電流増幅
器を介して送り、これに基づいてＹリニアモータ４０の
駆動量を制御する。カウンタステージの制御系も同様に
位置センサ６１ｃの情報に基づいて、カウンタステージ
位置指令値を、カウンタステージコントローラ、Ｄ／Ａ
変換器、電流増幅器を介して送り、これによりリニアモ
ータ８０が制御される。これらの位置指令は、目標値設
定、速度設定などから演算される。

【００４６】カウンタマス６１の計測位置とＹステージ
２０の計測位置との差分は、ベルト６２の伸び分を除け
ば間接的に継ぎ手のギャップ量を推定可能にする。半導
体露光装置にような大型の装置では、ステージの重量が
重いため、ベルト６２のテンションが十分高い状態に置
かれており、カウンタマス６１の計測位置とＹステージ
２０の計測位置との差分は、そのまま継ぎ手のギャップ
量を表しているといえる。

【００４７】図４に継ぎ手のギャップ量（浮上量）ΔＧ
を示す。次に、継ぎ手のギャップ指令値７０ｂに所定の
量（Ｙステージ２０とカウンタステージを同期駆動した
際に、追従誤差により継ぎ手がぶつからないための量、
例えば１ｍｍ程度の値）を与えれば、カウンタマス６１
の計測位置とＹステージ２０の計測位置との差分から求
めたギャップ量ΔＧの推定値が設定値（１ｍｍ）になる
ように、継ぎ手のギャップコントローラ７０ｃが圧力制
御系の圧力指令値を演算し出力する。ベロフラム７１の
圧力制御系は、圧力センサの情報に基づいて、圧力指令
値を、コントローラ７０ａ、Ｄ／Ａ変換器、電流増幅器
を介して送り、これによりサーボバルブが制御される。

【００４８】コントローラ７０ａ内には一般的にローパ
スフィルタなどが配置され、静的に継ぎ手のギャップ量
ΔＧが一定になるようなフィードバック制御が構成され
る。このような継ぎ手のギャップ量ΔＧを一定値に保っ
ておけば、ベルト６２から振動を常に除去することが可
能となり、Ｙステージ２０とカウンタステージは同期し
て駆動することができる。

【００４９】図１０は、本発明の第２の実施の形態に係
るステージ装置を示す斜視図である。このステージ装置
は、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）に継ぎ手としてアクチュ
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６３ｂと定盤１０
の間に配設されたベロフラム９１である。ベロフラム９
１は、軸受ベース６３ｂを定盤１０に対してＹ軸方向に
駆動する。該ベロフラム９１の内部構成は、図４に示し
たベロフラム７１と同様であり、図８に示したものと同
様の制御系によって制御される。ベロフラム９１の替わ
りに、図５乃至図７に示したものと同様のエアシリン
ダ、リニアモータ、または圧電素子等を用いてもよい。

【００５０】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等については第１の実
施の形態と同様であるから同一符号で表わし、説明は省
略する。

【００５１】本実施の形態では、ワークステージ及びカ
ウンタステージの両者が鉛直方向に駆動中のとき、両者
を連結するベルト６２のテンションを緩めるように、ア
クチュエータ９０を制御する。その結果、滑車６３とベ
ルト６２間で滑りが生じ、ワークステージと滑車６３の
位置関係を少しずつずらすことが可能となって、滑車６
３を回転させることができ、軸受けの同じ箇所を繰り返
し使うことがなくなり軸受けの耐久性の向上が図れる。

【００５２】このように、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の裏側のベルトとカ
ウンタマス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うことができることは言うま
でもない。

【００５３】次に、本発明に係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。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により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。

【００５４】次に、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及
び位置決めが行われる。

【００５５】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。次
に、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。

【００５６】（半導体生産システムの実施例）次に、上
記説明した本発明に係るステージ装置を有する露光装置
を利用した半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チ
ップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロ
マシン等）の生産システムの例について説明する。これ
は半導体製造工場に設置された製造装置のトラブル対応
や定期メンテナンス、あるいはソフトウェア提供などの
保守サービスを、製造工場外のコンピュータネットワー
クを利用して行うものである。

【００５７】図１３は全体システムをある角度から切り
出して表現したものである。図中、１０１は半導体デバ
イスの製造装置を提供するベンダ（装置供給メーカ）の
事業所である。製造装置の実例としては、半導体製造工
場で使用する各種プロセス用の半導体製造装置、例え
ば、前工程用機器（露光装置、レジスト処理装置、エッ
チング装置等のリソグラフィ装置、熱処理装置、成膜装
置、平坦化装置等）や後工程用機器（組立て装置、検査
装置等）を想定している。事業所１０１内には、製造装
置の保守データベースを提供するホスト管理システム１
０８、複数の操作端末コンピュータ１１０、これらを結
んでイントラネット等を構築するローカルエリアネット
ワーク（ＬＡＮ）１０９を備える。ホスト管理システム
１０８は、ＬＡＮ１０９を事業所の外部ネットワークで
あるインターネット１０５に接続するためのゲートウェ
イと、外部からのアクセスを制限するセキュリティ機能
を備える。

【００５８】一方、１０２〜１０４は、製造装置のユー
ザとしての半導体製造メーカの製造工場である。製造工
場１０２〜１０４は、互いに異なるメーカに属する工場
であっても良いし、同一のメーカに属する工場（例え
ば、前工程用の工場、後工程用の工場等）であっても良
い。各工場１０２〜１０４内には、夫々、複数の製造装
置１０６と、それらを結んでイントラネット等を構築す
るローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１１１と、各
製造装置１０６の稼動状況を監視する監視装置としてホ
スト管理システム１０７とが設けられている。各工場１
０２〜１０４に設けられたホスト管理システム１０７
は、各工場内のＬＡＮ１１１を工場の外部ネットワーク
であるインターネット１０５に接続するためのゲートウ
ェイを備える。これにより各工場のＬＡＮ１１１からイ
ンターネット１０５を介してベンダ１０１側のホスト管
理システム１０８にアクセスが可能となり、ホスト管理
システム１０８のセキュリティ機能によって限られたユ
ーザだけにアクセスが許可となっている。具体的には、
インターネット１０５を介して、各製造装置１０６の稼
動状況を示すステータス情報（例えば、トラブルが発生
した製造装置の症状）を工場側からベンダ側に通知する
他、その通知に対応する応答情報（例えば、トラブルに
対する対処方法を指示する情報、対処用のソフトウェア
やデータ）や、最新のソフトウェア、ヘルプ情報などの
保守情報をベンダ側から受け取ることができる。各工場
１０２〜１０４とベンダ１０１との間のデータ通信およ
び各工場内のＬＡＮ１１１でのデータ通信には、インタ
ーネットで一般的に使用されている通信プロトコル（Ｔ
ＣＰ／ＩＰ）が使用される。なお、工場外の外部ネット
ワークとしてインターネットを利用する代わりに、第三
者からのアクセスができずにセキュリティの高い専用線
ネットワーク（ＩＳＤＮなど）を利用することもでき
る。また、ホスト管理システムはベンダが提供するもの
に限らずユーザがデータベースを構築して外部ネットワ
ーク上に置き、ユーザの複数の工場から該データベース
へのアクセスを許可するようにしてもよい。

【００５９】さて、図１４は本実施形態の全体システム
を図１３とは別の角度から切り出して表現した概念図で
ある。先の例ではそれぞれが製造装置を備えた複数のユ
ーザ工場と、該製造装置のベンダの管理システムとを外
部ネットワークで接続して、該外部ネットワークを介し
て各工場の生産管理や少なくとも１台の製造装置の情報
をデータ通信するものであった。これに対し本例は、複
数のベンダの製造装置を備えた工場と、該複数の製造装
置のそれぞれのベンダの管理システムとを工場外の外部
ネットワークで接続して、各製造装置の保守情報をデー
タ通信するものである。図中、２０１は製造装置ユーザ
（半導体デバイス製造メーカ）の製造工場であり、工場
の製造ラインには各種プロセスを行う製造装置、ここで
は例として露光装置２０２、レジスト処理装置２０３、
成膜処理装置２０４が導入されている。なお図１４では
製造工場２０１は１つだけ描いているが、実際は複数の
工場が同様にネットワーク化されている。工場内の各装
置はＬＡＮ２０６で接続されてイントラネット等を構成
し、ホスト管理システム２０５で製造ラインの稼動管理
がされている。

【００６０】一方、露光装置メーカ２１０、レジスト処
理装置メーカ２２０、成膜装置メーカ２３０などベンダ
（装置供給メーカ）の各事業所には、それぞれ供給した
機器の遠隔保守を行うためのホスト管理システム２１
１，２２１，２３１を備え、これらは上述したように保
守データベースと外部ネットワークのゲートウェイを備
える。ユーザの製造工場内の各装置を管理するホスト管
理システム２０５と、各装置のベンダの管理システム２
１１，２２１，２３１とは、外部ネットワーク２００で
あるインターネットもしくは専用線ネットワークによっ
て接続されている。このシステムにおいて、製造ライン
の一連の製造機器の中のどれかにトラブルが起きると、
製造ラインの稼動が休止してしまうが、トラブルが起き
た機器のベンダからインターネット２００を介した遠隔
保守を受けることで迅速な対応が可能で、製造ラインの
休止を最小限に抑えることができる。

【００６１】半導体製造工場に設置された各製造装置は
それぞれ、ディスプレイと、ネットワークインタフェー
スと、記憶装置にストアされたネットワークアクセス用
ソフトウェアならびに装置動作用のソフトウェアを実行
するコンピュータを備える。記憶装置としては内蔵メモ
リやハードディスク、あるいはネットワークファイルサ
ーバーなどである。上記ネットワークアクセス用ソフト
ウェアは、専用又は汎用のウェブブラウザを含み、例え
ば図１５に一例を示す様な画面のユーザインタフェース
をディスプレイ上に提供する。各工場で製造装置を管理
するオペレータは、画面を参照しながら、製造装置の機
種４０１、シリアルナンバー４０２、トラブルの件名４
０３、発生日４０４、緊急度４０５、症状４０６、対処
法４０７、経過４０８等の情報を画面上の入力項目に入
力する。入力された情報はインターネットを介して保守
データベースに送信され、その結果の適切な保守情報が
保守データベースから返信されディスプレイ上に提示さ
れる。またウェブブラウザが提供するユーザインタフェ
ースはさらに図示のごとくハイパーリンク機能４１０〜
４１２を実現し、オペレータは各項目の更に詳細な情報
にアクセスしたり、ベンダが提供するソフトウェアライ
ブラリから製造装置に使用する最新バージョンのソフト
ウェアを引出したり、工場のオペレータの参考に供する
操作ガイド（ヘルプ情報）を引出したりすることができ
る。ここで、保守データベースが提供する保守情報に
は、上記説明した本発明に関する情報も含まれ、また前
記ソフトウェアライブラリは本発明を実現するための最
新のソフトウェアも提供する。

【００６２】次に上記説明した生産システムを利用した
半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図１６は半
導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す。
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。一方、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。次
のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ
４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）等の組立
て工程を含む。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
ト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これを出荷（ステップ７）する。前工程と後
工程はそれぞれ専用の別の工場で行い、これらの工場毎
に上記説明した遠隔保守システムによって保守がなされ
る。また前工程工場と後工程工場との間でも、インター
ネットまたは専用線ネットワークを介して生産管理や装
置保守のための情報がデータ通信される。

【００６３】図１７は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
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
縁膜を成膜する。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１
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１６（露光）では上記説明したステージ装置を有
する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うこと
によって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
各工程で使用する製造機器は上記説明した遠隔保守シス
テムによって保守がなされているので、トラブルを未然
に防ぐと共に、もしトラブルが発生しても迅速な復旧が
可能であり、従来に比べて半導体デバイスの生産性を向
上させることができる。

【００６４】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。ワークステー
ジが上下方向に駆動される際に、ワークステージの変位
に応じてベルトなどの連結部材の張力及び有効長さのう
ちの少なくとも一方を調節可能とする継ぎ手のギャップ
を常に一定に制御できる。その結果、連結部材からの振
動を除去でき、高精度の位置決めが達成できる。このス
テージ装置を露光装置に用いることで、半導体デバイス
等の高精細化や低価格化を大幅に促進できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るステージ装
置を示す斜視図である。

【図２】図１のステージ装置のＹガイド等を説明する
ための図であって、（ａ）はＹガイドの軸受剛性を説明
する図、（ｂ）は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】本発明の実施の形態に係るアクチュエータと
して用いるベロフラムを説明する断面図である。

【図５】本発明の実施の形態に係るアクチュエータと
して用いるエアーシリンダを説明する断面図である。

【図６】本発明の実施の形態に係るアクチュエータと
して用いるリニアモータを説明する断面図である。

【図７】本発明の実施の形態に係るアクチュエータと
して用いる圧電素子を説明する断面図である。

【図８】本発明の実施の形態に係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】本発明の実施の形態に係る継ぎ手ギャップ制
御系を示すブロック図である。

【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るステージ
装置を示す斜視図である。

【図１１】図１０中のアクチュエータを説明するため
の断面図である。

【図１２】本発明に係るステージ装置を用いたＸ線露
光装置の一例を説明するための要部構成図である。

【図１３】本発明に係る露光装置を用いた半導体デバ
イスの生産システムをある角度から見た概念図である。

【図１４】本発明に係る露光装置を用いた半導体デバ
イスの生産システムを別の角度から見た概念図である。

【図１５】ユーザインタフェースの具体例である。

【図１６】デバイスの製造プロセスのフローを説明す
る図である。

【図１７】ウエハプロセスを説明する図である。

【図１８】一従来例に係る縦型ステージ装置を示す側
面図である。

【図１９】図１８の装置を示す立面図である。

【符号の説明】

１０：定盤、１０ａ：Ｙガイド面（基準面）、１１：Ｙ
ガイド、２０：Ｙステージ、２３：連結板、３０：Ｘス
テージ、４０：Ｙリニアモータ（ステージ駆動機構）、
５０：Ｘリニアモータ、６０：カウンタマス機構、６
１：カウンタマス、６２：ベルト（連結部材）、６３：
滑車、７０，９０：アクチュエータ（継ぎ手）、７０
ａ：コントローラ、７０ｂ：継ぎ手ギャップ設定値、７
０ｃ：継ぎ手ギャップコントローラ、７１，９１：ベロ
フラム、７２：エアーシリンダ、７３：リニアモータ、
８０：リニアモータ（カウンタマス駆動機構）、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。

───────────────────────────────────────────────────── 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 ５３１ＪＦターム(参考） 2F078 CA02 CA10 CB05 CB10 CB12 CB16 CC07 CC11 2H097 AB05 CA15 LA10 5F031 CA02 CA05 HA45 HA57 HA58 JA10 KA06 KA07 LA08 LA10 LA15 MA27 MA28 MA30 PA01 PA30 5F046 BA03 CC01 CC18 DB05 GA11 GA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基準面に沿って移動自在であるワークス
テージと、該ワークステージを上下方向に沿って移動させるステー
ジ駆動機構と、該ワークステージの重さにバランスするカウンタマスを
含むカウンタステージと、該ワークステージと該カウンタマスとを連結する連結部
材と、該連結部材を支持する滑車と、該カウンタマスを上下方向に沿って移動させるカウンタ
マス駆動機構及び計測手段と、前記ワークステージの変位に応じて前記連結部材の張力
および有効長さのうちの少なくとも一方を調節可能とす
る継ぎ手とを有し、ワークステージ計測位置とカウンタステージ計測位置と
の差分より前記継ぎ手のギャップ量を推定する手段と、
該継ぎ手を所定のギャップ量に設定する手段とを設け、
これらの値より前記継ぎ手の制御系への指令値を演算す
る継ぎ手ギャップコントローラを設けたことを特徴とす
るステージ装置。
【請求項２】前記ワークステージは、前記上下方向に
沿って移動する第１ステージと、前記基準面に沿って２
次元的に移動自在な第２ステージとを有することを特徴
とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項３】前記ステージ駆動機構及びカウンタマス
駆動機構がリニアモータ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。
【請求項４】前記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が設けられていることを特徴と
する請求項１〜３のいずれかに記載のステージ装置。
【請求項５】前記ワークステージを上下方向に案内す
るヨーガイドと、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１〜４のいずれかに記
載のステージ装置。
【請求項６】前記カウンタマスを上下方向に案内する
カウンタマスヨーガイドと、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１〜５のいずれかに記載のステージ装置。
【請求項７】前記継ぎ手として、空気バネ、エアシリ
ンダ、リニアモータおよび圧電素子のうちのいずれかが
用いられることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに
記載のステージ装置。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載のステー
ジ装置と、これに保持されたワークを露光する露光光学
系とを有することを特徴とする露光装置。
【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。
【請求項１０】請求項８または９に記載の露光装置に
よってウエハを露光する工程を有するデバイス製造方
法。
【請求項１１】請求項８または９に記載の露光装置を
含む各種プロセス用の製造装置群を半導体製造工場に設
置する工程と、該製造装置群を用いて複数のプロセスに
よって半導体デバイスを製造する工程とを有することを
特徴とする半導体デバイス製造方法。
【請求項１２】前記製造装置群をローカルエリアネッ
トワークで接続する工程と、前記ローカルエリアネット
ワークと前記半導体製造工場外の外部ネットワークとの
間で、前記製造装置群の少なくとも１台に関する情報を
データ通信する工程とをさらに有することを特徴とする
請求項１１に記載の半導体デバイス製造方法。
【請求項１３】前記露光装置のベンダもしくはユーザ
が提供するデータベースに前記外部ネットワークを介し
てアクセスしてデータ通信によって前記製造装置の保守
情報を得る、もしくは前記半導体製造工場とは別の半導
体製造工場との間で前記外部ネットワークを介してデー
タ通信して生産管理を行うことを特徴とする請求項１２
に記載の半導体デバイス製造方法。
【請求項１４】請求項８または９に記載の露光装置を
含む各種プロセス用の製造装置群と、該製造装置群を接
続するローカルエリアネットワークと、該ローカルエリ
アネットワークから工場外の外部ネットワークにアクセ
ス可能にするゲートウェイを有し、前記製造装置群の少
なくとも１台に関する情報をデータ通信することを可能
にしたことを特徴とする半導体製造工場。
【請求項１５】半導体製造工場に設置された請求項８
または９に記載の露光装置の保守方法であって、前記露
光装置のベンダもしくはユーザが、半導体製造工場の外
部ネットワークに接続された保守データベースを提供す
る工程と、前記半導体製造工場内から前記外部ネットワ
ークを介して前記保守データベースへのアクセスを許可
する工程と、前記保守データベースに蓄積される保守情
報を前記外部ネットワークを介して半導体製造工場側に
送信する工程とを有することを特徴とする露光装置の保
守方法。
【請求項１６】請求項８または９に記載の露光装置に
おいて、ディスプレイと、ネットワークインタフェース
と、ネットワーク用ソフトウェアを実行するコンピュー
タとをさらに有し、露光装置の保守情報をコンピュータ
ネットワークを介してデータ通信することを可能にした
ことを特徴とする露光装置。
【請求項１７】前記ネットワーク用ソフトウェアは、
前記露光装置が設置された工場の外部ネットワークに接
続され前記露光装置のベンダもしくはユーザが提供する
保守データベースにアクセスするためのユーザインタフ
ェースを前記ディスプレイ上に提供し、前記外部ネット
ワークを介して該データベースから情報を得ることを可
能にすることを特徴とする請求項１６に記載の露光装
置。