JP2003178958A

JP2003178958A - ステージ装置及び露光装置

Info

Publication number: JP2003178958A
Application number: JP2001379892A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Tanaka; 慶一田中
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2003-06-27
Also published as: US20030111614A1; US6770890B2

Abstract

(57)【要約】【課題】磁場の乱れが少なく、高精度なステージ位置
決めができるステージ装置等を提供する。【解決手段】スライダプレート１５の図の左側面の上
下には、ＸＺ平面の断面がＴ字型をしたＹ方向に延びる
コイルジョイント１６が側方に向けて突設されている。
コイルジョイント１６の先には、可動コイル（可動子）
１７が設けられている。可動子１７が、ヨーク１２のＵ
字の中に嵌め込まれており、Ｙ方向駆動用のリニアモー
タを形成する。この上下に配置されたリニアモータの駆
動力の合点は、スライダ部４の重心位置とほぼ一致して
いる。ヨーク１２の凹溝の内壁面には、永久磁石９、１
０がヨーク１２の溝を隔てて対向するように配置されて
いる。この図に示した永久磁石９、１０は、共にＳ極が
上方でＮ極が下方となるように配置されている。４つの
永久磁石９、１０の磁束が閉じており、周囲に漏れにく
くなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原版（マスク、レ
チクル等）上に形成されたパターンを感応基板（ウェハ
等）上に転写露光する露光装置等に用いられる精密移動
・位置決め用のステージ装置に関する。特には、磁場の
乱れが少なく、高精度なステージ位置決めができるステ
ージ装置等に関する。また、そのようなステージ装置を
有する露光装置に関する。

【０００２】

【関連技術】現在、光露光機のステージ装置としては、
いわゆるＨ型あるいはＩ型ＸＹステージ装置が主に用い
られている。これらのステージ装置は、ある方向に平行
に延びる２本の固定ガイド間に移動ガイドを掛け渡し、
該移動ガイド上で自走式のステージを走らせるものであ
る。２本の固定ガイドと移動ガイドの形がアルファベッ
トのＨやＩの形をしているので、この名前が付けられて
いる。このステージ装置の各軸の駆動アクチュエータに
は、最近一般的にはリニアモータが用いられる。このス
テージ装置は、装置が簡単で、小型・軽量・高効率を期
待できる。なお、Ｈ型ステージは両軸が長ストロークの
ウェハステージに、Ｉ型ステージは一方向のみ長ストロ
ークのレチクルステージに用いられることが多い。

【０００３】上述の光露光装置は大気圧雰囲気中で用い
るため、ステージの真空吸着が可能であり、ステージを
定盤上で真空吸着付非接触エアガイドにより支持してい
る。そのため、片面エアガイドが可能であるため、リニ
アモータ等の駆動手段の配置自由度が大きい。ところ
が、ＥＢやＥＵＶＬ露光装置は真空雰囲気中で用いるた
め、真空吸着による片面エアガイドが不可能である。そ
のため、４面拘束による閉じたエアガイドにせざるを得
ず、リニアモータ等の駆動手段の配置が困難である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のＨ型・Ｉ型ステ
ージ装置を、電子線露光装置中でマスクステージやウェ
ハステージとして用いようとすると、移動ガイドに沿っ
て動く側の軸のリニアモータについては、固定子も可動
子も動くため、露光中の磁場変動が問題となる。

【０００５】図６は、電子線露光装置のステージ駆動用
に永久磁石を有する固定子で構成されるリニアモータを
用いた場合の電子線束（ビーム）に与える変動磁場の影
響を説明するための模式的側面図である。図６には、図
の上部から下部に進む電子ビームＥＢが示されている。
電子ビームＥＢの脇には、固定子を構成する永久磁石１
０１、１０２が上下に並べて示されている。永久磁石１
０１はＳ極が上方となるように配置されており、永久磁
石１０２はＮ極が上方となるように配置されている。こ
のように配置した場合には、永久磁石１０１から下方に
進む磁束と永久磁石１０２から上方に進む磁束とがぶつ
かって左右に延びてしまう。そうすると、この磁気が電
子ビームの軌道を乱してしまうため、露光精度が低下す
る。特に、電磁コイル磁場によりビーム偏向を行うＥＢ
露光では、電子鏡筒周りの環境磁場の管理が重要とな
る。この対策として、リニアモータの磁気を磁気シール
ドで遮蔽することも考えられるが、その場合は装置の構
造が複雑になる。

【０００６】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、磁場の乱れが少なく、高精度なステー
ジ位置決めができるステージ装置等を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明のステージ装置は、ある方向（長手方向）
に延びるガイド主軸と、該ガイド主軸に案内されて該
軸長手方向にスライドするスライダと、該スライダに
接続されたステージと、前記スライダを前記長手方向
に駆動する駆動機構と、を具備するステージ装置であ
って、前記駆動機構が、前記ガイド主軸を挟んだ両側
の該軸軸芯に対して対称な位置に対をなすように配置さ
れた２台のリニアモータを備えることを特徴とする。

【０００８】２台のリニアモータの駆動力の合点がステ
ージの可動部材の重心位置とほぼ一致しているので、ス
テージの重心部に駆動力を与えることができ、ステージ
の走査時のピッチング・ヨーイングを抑制できる。それ
により、ステージ走査性が向上し、高精度・高速にステ
ージの位置制御ができる。

【０００９】前記ステージ装置においては、前記２台
のリニアモータが、凹溝（コイル走行溝）を隔てて対
向する永久磁石及び該磁石を保持すると共に磁気回路を
構成するＵ字状のヨークを有する固定子と、前記コイ
ル走行溝内を該溝の長手方向に沿って移動する可動コイ
ル（可動子）と、からなり、前記２台のリニアモー
タの前記溝における磁極方向が、前記長手方向垂直断面
において両リニアモータ互に同位相となるように配置さ
れていることが好ましい。

【００１０】リニアモータを可動コイル型とし、固定子
である永久磁石の溝部での磁極方向を２台のリニアモー
タ相互で同位相とすることにより、永久磁石からの磁束
を閉じることができるので、漏洩磁場を低減することが
できる。

【００１１】本発明の露光装置は、所望のパターンが
形成されたレチクルを載置するレチクルステージと、
前記レチクルにエネルギ線照明を当てる照明光学系と、
前記パターンを転写する感応基板を載置する感応基板
ステージと、前記レチクルを通過したエネルギ線を前
記感応基板上に投影結像させる投影光学系と、を具備
する露光装置であって、前記レチクルステージ及び／
又は感応基板ステージが請求項１又は２記載のステージ
装置であることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。まず、図５を参照しつつ本発明の実施の形態に係る
ステージ装置を搭載できる荷電粒子ビーム（電子線）露
光装置について説明する。図５は、電子線露光装置の全
体構成例を模式的に示す図である。図５には、電子線露
光装置１００が模式的に示されている。電子線露光装置
１００の上部には、光学鏡筒（真空チャンバ）１０１が
示されている。光学鏡筒１０１には真空ポンプ１０２が
接続されており、光学鏡筒１０１内を真空排気してい
る。

【００１３】光学鏡筒１０１の上部には、電子銃１０３
が配置されており、下方に向けて電子線を放射する。電
子銃１０３の下方には、コンデンサレンズ１０４ａや電
子線偏向器１０４ｂ等を含む照明光学系１０４、及びレ
チクル（マスク）Ｒが配置されている。電子銃１０３か
ら放射された電子線は、コンデンサレンズ１０４ａによ
って収束される。そして、偏向器１０４ｂにより図の横
方向に順次走査（スキャン）され、光学系１０４の視野
内にあるレチクルＲの各小領域（サブフィールド）の照
明が行われる。なお、図ではコンデンサレンズ１０４ａ
は一段であるが、実際の照明光学系には、数段のレンズ
やビーム成形開口、ブランキング開口等が設けられてい
る。

【００１４】レチクルＲは、レチクルステージ１１１の
上部に設けられたチャック１１０に静電吸着等により固
定されている。レチクルステージ１１１は、定盤１１６
に載置されている。

【００１５】レチクルステージ１１１には、図の左方に
示す駆動装置１１２が接続されている。なお、実際に
は、図１等に示すように駆動装置１１２はステージ１１
１に組み込まれている。駆動装置１１２は、ドライバ１
１４を介して、制御装置１１５に接続されている。ま
た、レチクルステージ１１１の側方（図の右方）にはレ
ーザ干渉計１１３が設置されている。レーザ干渉計１１
３は、制御装置１１５に接続されている。レーザ干渉計
１１３で計測されたレチクルステージ１１１の正確な位
置情報が制御装置１１５に入力される。レチクルステー
ジ１１１の位置を目標位置とすべく、制御装置１１５か
らドライバ１１４に指令が送出され、駆動装置１１２が
駆動される。その結果、レチクルステージ１１１の位置
をリアルタイムで正確にフィードバック制御することが
できる。

【００１６】定盤１１６の下方には、ウェハチャンバ
（真空チャンバ）１２１が示されている。ウェハチャン
バ１２１の側方（図の右側）には、真空ポンプ１２２が
接続されており、ウェハチャンバ１２１内を真空排気し
ている。ウェハチャンバ１２１内（実際にはチャンバ内
の光学鏡筒内）には、コンデンサレンズ（投影レンズ）
１２４ａや偏向器１２４ｂ等を含む投影光学系１２４が
配置されている。また、ウェハチャンバ１２１内の下部
には、ウェハ（感応基板）Wが配置されている。

【００１７】レチクルＲを通過した電子線は、コンデン
サレンズ１２４ａにより収束される。コンデンサレンズ
１２４ａを通過した電子線は、偏向器１２４ｂにより偏
向され、ウェハW上の所定の位置にレチクルＲの像が結
像される。なお、図ではコンデンサレンズ１２４ａは一
段であるが、実際には、投影光学系中には複数段のレン
ズや収差補正用のレンズやコイルが設けられている。

【００１８】ウェハWは、ウェハステージ１３１の上部
に設けられたチャック１３０に静電吸着等により固定さ
れている。ウェハステージ１３１は、定盤１３６に載置
されている。ウェハステージ１３１には、図の左方に示
す駆動装置１３２が接続されている。なお、実際には、
図１等に示すように駆動装置１３２はステージ１３１に
組み込まれている。駆動装置１３２は、ドライバ１３４
を介して、制御装置１１５に接続されている。また、ウ
ェハステージ１３１の側方（図の右方）にはレーザ干渉
計１３３が設置されている。レーザ干渉計１３３は、制
御装置１１５に接続されている。レーザ干渉計１３３で
計測されたウェハステージ１３１の正確な位置情報が制
御装置１１５に入力される。ウェハステージ１３１の位
置を目標位置とすべく、制御装置１１５からドライバ１
３４に指令が送出され、駆動装置１３２が駆動される。
その結果、ウェハステージ１３１の位置をリアルタイム
で正確にフィードバック制御することができる。

【００１９】次に、本発明の実施の形態に係るステージ
装置の全体構成について説明する。図４は、本発明の実
施の形態に係るステージ装置の全体構成を示す図であ
る。図４（Ａ）は同ステージ装置の平面図であり、図４
（Ｂ）は同ステージ装置の側面図である。

【００２０】図４（Ａ）においては、Ｙ方向に延びた固
定ガイド部３が、２つのガイド固定部材２を介して、図
示せぬ定盤上に固定されている。固定ガイド部３には、
図示せぬ気体軸受を介して、スライダ部４がＹ方向にス
ライド可能に嵌合されている。スライダ部４の側面に
は、レチクルやウェハを載置するテーブル５が突設され
ている。

【００２１】図４（Ｂ）に示す固定ガイド３は、中央部
のガイドバー１１と、その上下に配置されたヨーク１２
（図１、図２参照）からなる。ガイドバー１１の両端
は、軸受１３を介して、ガイド固定部材２に固定されて
いる。ガイド固定部材２のガイドバー１１との接触面の
上下には、エアパッド（気体軸受）５１が１つずつ付設
されている。エアパッド５１の周囲には、図示せぬ溝
（ガードリング）が設けられている。このエアパッド５
１は、ガイドバー１１を上下から挟み、各ガイド固定部
材２の中央に係止させるためのものである。ヨーク１２
は、Ｙ方向に長く、Ｕ字状をしており、その開口側がス
テージ装置の外側に向けて配置されている。ガイドバー
１１には、気体軸受を介して、スライダ部４が嵌合され
ている。

【００２２】図１は、本発明の実施の形態に係るステー
ジ装置のリニアモータ周辺を示す図である。図１には、
図４（Ａ）のＡ−Ａ断面が示されている。図１に示すス
ライダ部４の中央部には、四角い筒型をしたシリンダ１
４が設けられており、ガイドバー１１に嵌合している。
シリンダ１４の図の右側には、ある厚さを有する平板状
のスライダプレート１５が設けられている。

【００２３】スライダプレート１５の図の左側面の上下
には、ＸＺ平面の断面がＴ字型をしたＹ方向に延びるコ
イルジョイント１６が側方に向けて突設されている。コ
イルジョイント１６の先には、可動コイル（可動子）１
７が設けられている。

【００２４】可動子１７は、ヨーク１２のＵ字の中に嵌
め込まれている。ヨーク１２は、炭素鋼等からなり、Ｘ
Ｚ平面の断面がＵ字状をしており、Ｙ方向に延びてい
る。ヨーク１２凹溝の内壁面には、永久磁石９、１０が
対向するように配置されている。この永久磁石９、１０
とヨーク１２とは、磁気回路を構成する。この図に示し
た永久磁石９、１０は、共にＳ極が上方でＮ極が下方と
なるように配置されている。両磁石９、１０の間には、
可動コイル１７が走行する隙間（コイル走行溝１２ｄ）
が存在する。

【００２５】このように配置した場合には、破線で示し
たように、最上部の永久磁石９のＮ極から下方に向けて
進む磁束がその直ぐ下の永久磁石１０のＳ極に到達し、
永久磁石１０のＮ極から下方に向けて進む磁束がシリン
ダ１４の下の永久磁石９のＳ極に到達し、さらに、永久
磁石９のＮ極から下方に向けて進む磁束がその直ぐ下の
永久磁石１０のＳ極に到達する。また、最下部の永久磁
石１０のＳ極から上方に向けて進む磁束がその直ぐ上の
永久磁石１０のＮ極に到達し、永久磁石１０のＳ極から
上方に向けて進む磁束がシリンダ１４の上の永久磁石９
のＮ極に到達し、さらに、永久磁石９のＳ極から上方に
向けて進む磁束がその直ぐ上の永久磁石１０のＮ極に到
達する。このように、４つの永久磁石９、１０の磁束が
閉じており、周囲に漏れにくくなっている。

【００２６】上述の永久磁石９、１０及びヨーク１２
（固定子）と可動子１７とで、Ｙ方向駆動用のリニアモ
ータを形成する。上下に配置されたリニアモータの駆動
力の合点は、スライダ部４の重心位置とほぼ一致してい
るので、重心部に駆動力を与えることができ、高精度・
高速に位置制御ができる。なお、図には示さないが、ス
ライダ部４には、可動子１７を制御する電気配線及び冷
却媒体を循環させる配管等が取り付けられている。

【００２７】図２は、ヨーク及び永久磁石からなるリニ
アモータ固定子の構成を示す斜視図である。図２には、
ヨーク１２が開口を上方に向けて示されている。ヨーク
１２のＵ字の内壁には、図の左側のヨーク片１２ａの内
壁面に沿って並ぶ多数の永久磁石９、及び、図の右側の
ヨーク片１２ｂの内壁面に沿って並ぶ多数の永久磁石１
０が互いに対向するように配列されている。そして、図
の一番左手前部の永久磁石９ａと永久磁石１０ａとは、
永久磁石９ａのＮ極と永久磁石１０ａのＳ極とがコイル
走行溝１２ｄを挟んで対向するように配置されている。
図の左手前部から２番目に配置される永久磁石９ｂと永
久磁石１０ｂとは、永久磁石９ｂのＳ極と永久磁石１０
ｂのＮ極とがコイル走行溝１２ｄを挟んで対向するよう
に配置されている。図の左手前部から３番目に配置され
る永久磁石９ｃと永久磁石１０ｃとは、永久磁石９ｃの
Ｎ極と永久磁石１０ｃのＳ極とがコイル走行溝１２ｄを
挟んで対向するように配置されている。図の左手前部か
ら４番目に配置される永久磁石９ｄと永久磁石１０ｄと
は、永久磁石９ｄのＳ極と永久磁石１０ｄのＮ極とがコ
イル走行溝１２ｄを挟んで対向するように配置されてい
る。

【００２８】上述のように、永久磁石９ａのＮ極と永久
磁石１０ａのＳ極、並びに、永久磁石９ｂのＳ極と永久
磁石１０ｂのＮ極とがコイル走行溝１２ｄを挟んで対向
するように配置されていると共に、永久磁石９ａのＮ極
（Ｓ極）と永久磁石９ｂのＳ極（Ｎ極）とが隣り合うよ
うに配置され、永久磁石１０ａのＮ極（Ｓ極）と永久磁
石１０ｂのＳ極（Ｎ極）とが隣り合うように配置されて
いるために、この４つの永久磁石９ａ、９ｂ、１０ａ、
１０ｂの磁場は閉じており、外部に漏れにくい構造とな
っている。また、同様に、永久磁石９ｃのＮ極と永久磁
石１０ｃのＳ極、並びに、永久磁石９ｄのＳ極と永久磁
石１０ｄのＮ極とがコイル走行溝１２ｄを挟んで対向す
るように配置されていると共に、永久磁石９ｃのＮ極
（Ｓ極）と永久磁石９ｄのＳ極（Ｎ極）とが隣り合うよ
うに配置され、永久磁石１０ｃのＮ極（Ｓ極）と永久磁
石１０ｄのＳ極（Ｎ極）とが隣り合うように配置されて
いるために、この４つの永久磁石９ｃ、９ｄ、１０ｃ、
１０ｄの磁場は閉じており、外部に漏れにくい構造とな
っている。

【００２９】図３は、上述のステージ装置を示す斜視図
である。図３には、図４に示したステージ装置の斜視図
が示されている。図の中央部に示されたテーブル５を支
持するシリンダ１４の上下方には、図２に示した多数の
永久磁石を有するヨーク１２が配置されている。上下の
ヨーク１２周辺には、図１に示したような磁束が破線で
示されている。ヨーク１２は、図１にも示すように、上
側に配置されたヨーク１２の下側の内壁に配置された永
久磁石１０の磁極（図ではＮ極）と、下側に配置された
ヨーク１２の上側の内壁に配置された永久磁石９の磁極
（図ではＳ極）とが異なるように対向して配置されてい
る。したがって、図１にも示すように、ＸＺ平面内にお
いて、上下に配置された２つのヨーク１２内の永久磁石
の磁場は閉じており、外部に漏れにくい構造となってい
る。

【００３０】また、図２に示すように、ヨーク１２内の
永久磁石９ａのＮ極（Ｓ極）と永久磁石９ｂのＳ極（Ｎ
極）とが隣り合うように配置され、永久磁石１０ａのＮ
極（Ｓ極）と永久磁石１０ｂのＳ極（Ｎ極）とが隣り合
うように配置されている。そのために、図３の上下に配
置された２つのヨーク１２内の永久磁石９ａ及び永久磁
石１０ａの磁束の向きと、隣りに位置する永久磁石９ｂ
及び永久磁石１０ｂの磁束の向きとは、互いに逆方向と
なる。したがって、図３の破線で示すように、隣り合う
永久磁石群の磁束の向きは、ＸＺ平面内において、交互
に向きが異なっている。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、磁場の乱れが少なく、高精度なステージ位置
決めができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るステージ装置のリニ
アモータ周辺を示す図である。

【図２】ヨーク及び永久磁石からなるリニアモータ固定
子の構成を示す斜視図である。

【図３】上述のステージ装置を示す斜視図である。

【図４】本発明の実施の形態に係るステージ装置の全体
構成を示す図である。図４（Ａ）は同ステージ装置の平
面図であり、図４（Ｂ）は同ステージ装置の側面図であ
る。

【図５】電子線露光装置の全体構成例を模式的に示す図
である。

【図６】電子線露光装置のステージ駆動用に永久磁石を
有する固定子で構成されるリニアモータを用いた場合の
電子線束（ビーム）に与える変動磁場の影響を説明する
ための模式的側面図である。

【符号の説明】

４スライダ部５テーブル９、１０永久磁石１１ガイドバー１２ヨーク１４シリンダ１５スライダプレート１６コイルジョイント１７可動コイル（可動子）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ある方向（長手方向）に延びるガイド主
軸と、該ガイド主軸に案内されて該軸長手方向にスライドする
スライダと、該スライダに接続されたステージと、前記スライダを前記長手方向に駆動する駆動機構と、を具備するステージ装置であって、前記駆動機構が、前記ガイド主軸を挟んだ両側の該軸軸
芯に対して対称な位置に対をなすように配置された２台
のリニアモータを備えることを特徴とするステージ装
置。
【請求項２】前記２台のリニアモータが、凹溝（コイル走行溝）を隔てて対向する永久磁石及び該
磁石を保持すると共に磁気回路を構成するＵ字状のヨー
クを有する固定子と、前記コイル走行溝内を該溝の長手方向に沿って移動する
可動コイル（可動子）と、からなり、前記２台のリニアモータの前記溝における磁極方向が、
前記長手方向垂直断面において両リニアモータ互に同位
相となるように配置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。
【請求項３】所望のパターンが形成されたレチクルを
載置するレチクルステージと、前記レチクルにエネルギ線照明を当てる照明光学系と、前記パターンを転写する感応基板を載置する感応基板ス
テージと、前記レチクルを通過したエネルギ線を前記感応基板上に
投影結像させる投影光学系と、を具備する露光装置であって、前記レチクルステージ及び／又は感応基板ステージが請
求項１又は２記載のステージ装置であることを特徴とす
る露光装置。