JP2003194059A

JP2003194059A - エアパッド、エアベアリング、ステージ及び露光装置

Info

Publication number: JP2003194059A
Application number: JP2001401333A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Kobayashi; 義幸小林
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】振動の減衰を大きくすることができるエアパ
ッドを提供する。【解決手段】エアパッド１は、略直方体の形状をして
おり、アルミナセラミックスや他のセラミックス、ある
いは金属体で形成されている。そして、摺動面となる部
分は、平面図で長方形の凸部２を形成しており、その凸
部２に、約５〜３０μｍの深さの溝３が形成されてい
る。溝３は、図に示すように、Ｈ型とＩ型を組み合わせ
た形状とされており、２箇所に空気吹き出し口用孔部４
が設けられている。従来のエアパッドでは、エアパッド
の中心からみて３６０°方向に溝がつながっている部分
があるのに対し、この例では田字形の４隅が切れてお
り、エアパッド１の中心から見て溝が３６０°方向につ
ながっていない。この構造により、ダンピングが働き、
静定性の良いエアベアリングとすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエアベアリングに用
いられるエアパッド、そのエアパッドを用いたエアベア
リング、そのエアベアリングを用いたステージ、及びそ
のステージを用いた露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エアベアリングは、平面に溝が切られた
エアパッドと、平面状の表面を有する部材を対向させ、
エアパッドの溝に空気を供給することにより、エアパッ
ドと前記部材の間に空気の層を介在させ、それにより両
者の間の摩擦抵抗を小さくして、軸受けとしたものであ
り、半導体露光装置等のステージの軸受けとして広く使
用されている。その特色としては、油等を使用していな
いため、汚れが無く、摩擦抵抗が小さいことである。

【０００３】図６に、従来のエアパッドの概略構成の例
を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。エア
パッド４１は、略直方体の形状をしており、アルミナセ
ラミックスや他のセラミックス、あるいは金属体で形成
されている。そして、摺動面となる部分は、平面図で長
方形の凸部４２を形成しており、その凸部４２に、約５
〜３０μｍの深さの溝４３が形成されている。

【０００４】溝４３は、図に示すように、ロの字型の形
状とされており、２箇所に空気吹き出し口用孔部４４が
設けられ、その中心に空気吹き出し孔４５が設けられて
いる。この空気吹き出し孔は、エアパッド１の内部を通
して空気供給口４６に連通している。

【０００５】このような構造のエアパッド４１に、平面
を有する部材の平面を対向させ、空気供給口４６から３
〜６kgf／cm^２程度の高圧空気を供給すると、その空気
が空気吹き出し孔４５から溝４３を通り、凸部４２の平
面と、それに対向する部材の平面間に供給され。そし
て、前記空気の圧力で両者の間に隙間ができ、エアパッ
ド４１と、それと対向する部材の間がエアベアリングと
なり、摩擦抵抗が小さい状態で摺動可能となる。

【０００６】図６（ｃ）に他のエアパッドの平面図を示
す。このエアパッド４１においては、溝４３の形状が田
の字形になっており、その中心部に１箇所空気吹き出し
口用孔部４４が設けられ、その中心に空気吹き出し孔４
５が設けられている。その他の構造は（ａ）に示したも
のと同じであり、作用も（ａ）に示したものと同じであ
る。

【０００７】このように、従来用いられてきたエアパッ
ドの溝の形状はいろいろなものがあるが、そのいずれ
も、エアパッドの中心から見て３６０°方向につながっ
た溝を有しているのが特徴である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のエアパッドの設
計においては、その静的な特性（負荷容量、剛性、空気
容量）のみが考慮され、エアベアリングを構成した場合
の振動の減衰特性、振動特性等については、特に考慮が
払われてこなかった。ところが、最近ではエアベアリン
グを使用するステージが高速駆動され、高速に位置決め
できることが要求されるようになってきた。これに対応
するため、最近では駆動時においてその減衰特性、振動
特性の良いエアパッドが求められるようになってきてい
る。しかしながら、従来のエアパッドはこのような要求
に十分に応えられるものではなかった。

【０００９】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、振動の減衰を大きくすることができるエアパッ
ド、それを利用したエアベアリング、さらにはそのエア
ベアリングを使用したステージ、加えてそのステージを
利用した露光装置を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】エアベアリングに用いら
れるエアパッドであって、気体を導くための溝が、当該
エアパッドの中心から見て、３６０°方向に亘ってつな
がった部分を有しないことを特徴とするエアパッド（請
求項１）である。

【００１１】本発明者等は、パッドの振動の減衰特性を
改良するために、パッドの表面に形成される、気体を導
くための溝の形状についていろいろと試行錯誤を重ね
た。その結果、気体を導くための溝の形状を、当該エア
パッドの中心から見て、３６０°方向に亘ってつながっ
た部分を有しないようなものとすることで、エアベアリ
ングを構成した場合のパッドの振動の減衰を大きくする
ことが見いだした。

【００１２】パッドの振動の減衰が大きくなる理由は明
確ではないが、このようにすると、溝中を流れる気体の
流れに行き止まりができることにより、パッドの表面に
おける圧力分布が従来のものと変わり、その結果、振動
の減衰が大きくなるものと考えられる。なお、本手段
（請求項１）で「エアパッド」というのは、必ずしも空
気を用いるものに限定されるものではなく、他の気体を
用いるものをも含むものである。

【００１３】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段であって、エアパッドのスライド面が長
方形であり、気体を導くための溝の形状が、当該エアパ
ッドの中心を通り、前記長方形の各辺に平行な直線に対
して線対称とされていることを特徴とするもの（請求項
２）である。

【００１４】エアパッドのスライド面の平面形状として
は長方形のものが最も多く使用されるが、本手段におい
ては、気体を導くための溝の形状が、当該エアパッドの
中心を通り、前記長方形の各辺に平行な直線に対して線
対称となるようにされている。よって、気体の圧力の分
布が前後左右に対称となり、安定したエアベアリングを
構成することができる。なお、長方形とは、実質的にエ
アベアリング作用に関係しない４隅の部分を切り落とし
たり、特殊な形状としたものをも含むものである。

【００１５】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記第１の手段又は第２の手段であるエアパッドと平面
を有する部材の平面とを対向させて形成されるエアベア
リング（請求項３）である。

【００１６】本手段においては、前記第１の手段又は第
２の手段であるエアパッドを使用しているので、振動の
減衰特性の良好なエアベアリングとすることができる。
なお、本手段（請求項３）で「エアベアリング」という
のは、必ずしも空気を用いるものに限定されるものでは
なく、他の気体を用いるものをも含むものである。

【００１７】前記課題を解決するための第４の手段は、
積載物を搭載して基盤上をスライドするステージであっ
て、スライド面に前記第３の手段であるエアベアリング
が用いられていることを特徴とするもの（請求項４）で
ある。

【００１８】本手段においては、前記第３の手段である
エアベアリングを使用しているので、駆動時、及び静定
状態での振動の減衰特性の良好なステージとすることが
できる。よって、高速駆動をしても、その静定性の良好
なステージとすることができる。

【００１９】前記課題を解決するための第５の手段は、
マスクに設けられたパターンをウエハに転写する露光装
置であって、マスクステージ、ウエハステージの少なく
とも一方に、前記第４の手段のステージが用いられてい
ることを特徴とするもの（請求項５）である。

【００２０】本手段においては、マスクステージ、ウエ
ハステージの少なくとも一方に、前記第４の手段のステ
ージが用いられているので、ステージを高速駆動しても
その静定時間を短くでき、高速な露光転写が可能とな
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例
を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態
である第１のエアパッドの溝形状を示したものであり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は部分拡大図
である。エアパッド１は、略直方体の形状をしており、
アルミナセラミックスや他のセラミックス、あるいは金
属体で形成されている。そして、摺動面となる部分は、
平面図で長方形の凸部２を形成しており、その凸部２
に、約５〜３０μｍの深さの溝３が形成されている。

【００２２】溝３は、図に示すように、Ｈ型とＩ型を組
み合わせた形状とされており、２箇所に空気吹き出し口
用孔部４が設けられている。空気吹き出し口用孔部４で
は、拡大図（ｃ）に示すように、溝３と同じ深さの空気
吹き出し口用孔部４の中心に、空気吹き出し孔５が設け
られ、この孔は、エアパッド１の内部を通して空気供給
口６に連通している。

【００２３】溝３の形状を図６に示した従来のパッドの
ロ字形溝、田字形溝と比べると分るように、従来のエア
パッドでは、エアパッドの中心からみて３６０°方向に
溝がつながっている部分があるのに対し、図１に示すも
のでは、田字形の４隅が切れており、エアパッド１の中
心から見て溝が３６０°方向につながっていない。よっ
て、空気吹き出し孔５から吹き出された空気は、この切
れ目の先端部で行き止まりとなるようになる。この構造
により、このエアパッドをエアベアリングに使用した場
合、２次振動で近似した場合の粘性係数が、0.03〜0.09
となり、従来のものの1.5〜２倍となる。よって、ダン
ピングが働き、静定性の良いエアベアリングとすること
ができる。

【００２４】図２に、その他の実施の形態であるエアパ
ッドの溝の平面図を示す。以下の図において、実施の形
態の欄における前出の図面に示された構成要素には、同
じ符号を付してその説明を省略する。

【００２５】図２（ａ）は、エアパッド１の凸部２にＩ
型の溝３を形成し、両Ｔ字形の交点に空気吹き出し口用
孔部４を形成し、その中心部に設けられた空気吹き出し
孔５から空気を吹き出すようにしたものである。この実
施の形態においても、エアパッド１の中心から見て、溝
が３６０°方向につながっていない。よって、空気吹き
出し孔５から吹き出された空気は、この切れ目の先端部
で行き止まりとなるようになる。従って、図１に示した
実施の形態とほぼ同様な効果が得られる。

【００２６】図２（ｂ）は、エアパッド１の凸部２に２
つのコ字状の溝３を向かい合わせて形成し、各コ字状溝
３の中央に空気吹き出し口用孔部４を形成し、その中心
部に設けられた空気吹き出し孔５から空気を吹き出すよ
うにしたものである。

【００２７】図２（ｃ）は、エアパッド１の凸部２の各
辺に沿って、４つの溝３を形成し、各溝の中央部に空気
吹き出し口用孔部４を形成し、その中心部に設けられた
空気吹き出し孔５から空気を吹き出すようにしたもので
ある。

【００２８】これら、図２（ｂ）、（ｃ）に示す実施の
形態においても、エアパッド１の中心から見て、溝が３
６０°方向につながっていない。よって、空気吹き出し
孔５から吹き出された空気は、この切れ目の先端部で行
き止まりとなるようになる。従って、図１に示した実施
の形態とほぼ同様な効果が得られる。

【００２９】なお、以上に示したいずれの実施の形態に
おいても、溝の形状は、エアパッド１の中心を通り凸部
２の各辺に平行な２本の直線に対して、共に線対称とな
っている。よって、圧力の分布が前後左右でアンバラン
スになることがない。

【００３０】図３に、このようなエアパッドを備えたエ
アベアリングの片側の部材の例を示す。（ａ）は平面
図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。部材１１のスライド
面にエアパッド１が取り付けられ、その両脇に空気吸引
部１２が設けられている。この場合、エアパッド１は図
２（ｂ）に示したものが使用されている。空気吸引部１
２は、溝１２ａから空気を吸引し、エアパッド１の押し
上げ力を相殺し、適度な力で積載物を支えるために設け
られたものである。

【００３１】通常エアパッド１には３〜６kgf／cm^２程
度の圧力の空気が供給されるが、安定してスライドする
エアベアリングを形成するために受圧面（凸部２に相当
する面）をある程度大きくした場合、エアベアリングが
支えるべき荷重より大きな力を発生することがある。す
ると、エアギャップが広くなり過ぎ、不安定になること
がある。そのため、空気吸引部１２を設けて、その力を
相殺し、安定したエアギャップが保たれるようにしてい
る。

【００３２】例えば、図３に示した部材を、エアパッド
１側を上向きに設置し、その上に平面を有するもう一つ
の部材を、その平面をエアパッド１側に対向させて載置
し、エアパッド１に空気を送り込むことにより、エアベ
アリングとしての機能を果たすようにすることができ
る。

【００３３】図４に、本発明の実施の形態であるＸ−Ｙ
ステージの例を示す。定盤の上にＹベースがＸ軸方向、
Ｙ軸方向にスライド可能に載置されており、定盤とＹベ
ースの間に、前述のようなエアベアリングが設けられ
て、Ｙベースの荷重を支えている（エアパッドはＹベー
ス側に設けられている）。Ｙガイドバーは、Ｘロールと
Ｘピッチの上に載置されており、ＸロールとＸピッチ
は、定盤の上を、ＸヨーがＸガイドバーに沿って移動す
ることにより、Ｘ軸方向に移動可能とされているが、こ
れらＸロールとＸピッチの下面にも前述のようなエアパ
ッドが設けられ、定盤との間でエアベアリングを形成し
ている。Ｙベースは、ＹヨーがＹガイドバーに沿って駆
動されることにより、Ｙ軸方向に駆動される。

【００３４】図５は、本発明の実施の形態の１例である
露光装置を示す概要図である。この実施の形態において
は、本発明に係るエアパッドを使用した、図４に示した
のと同様のステージを、露光装置２０のレチクル（マス
ク）ステージ２１の駆動手段として用いている。すなわ
ち、この実施の形態においては、本発明に係るエアパッ
ドがレチクルステージ２１に組み込まれている。

【００３５】ここで露光装置２０は、いわゆるステップ
・アンド・スキャン露光方式の走査型露光装置である。
この露光装置２０は、図５に示すように、照明系２２
と、レチクル（フォトマスク）Ｒを保持するステージ可
動部２３と、投影光学系ＰＬと、ウエハ（基板）ＷをＸ
−Ｙ平面内でＸ方向−Ｙ方向の２次元方向に駆動するス
テージ装置２４と、これらを制御する主制御装置２５等
を備えている。ステージ装置２４も、本発明に係るエア
パッドを使用した、図４に示したものと同様のステージ
である。前記照明系２２は、光源ユニットから照射され
た露光光を、レチクルＲ上の矩形（あるいは円弧状）の
照明領域ＩＲＡに均一な照度で照射するものである。

【００３６】又、レチクルステージ２１では、ステージ
可動部２３がレチクルベース（図示省略）上を所定の走
査速度でガイドレール（図示省略）に沿って移動され
る。又、ステージ可動部２３の上面にはレチクルＲが、
例えば真空吸着により固定される。又、ステージ可動部
２３のレチクルＲの下方には、露光光通過穴（図示省
略）が形成されている。

【００３７】このステージ可動部２３の移動位置は、反
射鏡２６、レチクルレーザ干渉計２７によって検出さ
れ、ステージ制御系２８は、この検出されたステージ可
動部２３の移動位置に基づく主制御装置２５からの指示
に応じて、ステージ可動部２３を駆動する。

【００３８】又、投影光学系ＰＬは縮小光学系であり、
レチクルステージ２１の下方に配置され、その光軸ＡＸ
（照明光学系の光軸ＩＸに一致）の方向がＺ軸方向とさ
れる。ここではテレセントリックな光学配置となるよう
に光軸ＡＸ方向に沿って所定間隔で配置された複数枚の
レンズエレメントから成る屈折光学系が使用されてい
る。従って、上記照明系２２によりレチクルＲの照明領
域ＩＲＡが照明されると、レチクルＲの照明領域ＩＲＡ
内の回路パターンの縮小像（部分倒立像）が、ウエハＷ
上の照明領域ＩＲＡに共役な露光領域ＩＡに形成され
る。なお、ステージ装置２４は、リニアモータ２９を駆
動手段として、テーブル３０をＸ−Ｙ面内で２次元方向
に駆動するものである。

【００３９】すなわち、ステージ装置２４は、ベース部
３１と、このベース部３１の上面の上方に数μｍ程度の
クリアランスを介して浮上されるテーブル３０と、この
テーブル３０を移動させるリニアモータ２９とを具えて
いる。この、ベース部３１とテーブル３０の間に本発明
に係るエアパッドが配置されている。ここでテーブル３
０には、露光処理時、その上面にウエハ（基板）Ｗが、
例えば真空吸着によって固定される。

【００４０】又、テーブル３０には移動鏡３２が固定さ
れ、ウエハ干渉計３３からレーザビームが照射されて、
当該テーブル３０のＸ−Ｙ面内での移動位置が検出され
るようになっている。

【００４１】このとき得られた移動位置の情報は、ステ
ージ制御系２８を介して主制御装置２５に送られる。そ
して、ステージ制御系２８は、この情報に基づく主制御
装置２５からの指示に従って、リニアモータ２９を作動
させ、テーブル３０をＸ−Ｙ面内の所望の位置に移動さ
せる。

【００４２】テーブル３０は、リニアモータ２９を構成
する可動子（図示省略）の上面に、支持機構（図示省
略）によって異なる３点で支持されており、リニアモー
タ２９によって、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動することができ
るようになっている。なお、リニアモータ２９は、公知
の構成であり、リニアモータ２９のその他の説明は省略
する。

【００４３】なお、図中、符号３１はベース部であり、
その内部から生じる熱による温度上昇を防ぐための冷却
媒体が、供給管３４、排出管３５、温度調節装置３６の
作用によって、循環されるようになっている。

【００４４】かかる構成のレチクルステージ２１を含む
露光装置２０においては、概ね、以下の手順で露光処理
が行われる。 (1)先ず、レチクルＲ、ウエハＷがロードされ、次い
で、レチクルアラインメント、ベースライン計測、アラ
インメント計測等が実行される。 (2)アライメント計測の終了後には、ステップ・アンド
・スキャン方式の露光動作が行われる。 (3)露光動作にあたっては、レチクル干渉計２７による
レチクルＲの位置情報、ウエハ干渉計３３によるウエハ
Ｗの位置情報に基づき、主制御装置２５がステージ制御
系２８に指令を出し、レチクルステージ２１のリニアモ
ータ（図示省略）、及びリニアモータ２９によって、レ
チクルＲとウエハＷとが同期して移動し、もって、所望
の走査露光が行われる。 (4)このようにして、１つのショット領域に対するレチ
クルパターンの転写が終了すると、テーブル３０が１シ
ョット領域分だけステッピングされて、次のショット領
域に対する走査露光が行われる。このステッピングと走
査露光とが順次繰り返され、ウエハＷ上に必要なショッ
ト数のパターンが転写される。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
振動の減衰を大きくすることができるエアパッド、それ
を利用したエアベアリング、さらにはそのエアベアリン
グを使用したステージ、加えてそのステージを利用した
露光装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である第１のエアパッドの
溝形状を示した図である。

【図２】その他の実施の形態であるエアパッドの溝の平
面図を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態であるエアベアリングの片
側の部材の例を示す図である。

【図４】本発明の実施の形態であるＸ−Ｙステージの例
を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態である露光装置を示す概要
図である。

【図６】従来のエアパッドの例を示す図である。

【符号の説明】

１…エアパッド、２…凸部、３…溝、４…空気吹き出し
口用孔部、５…空気吹き出し孔、６…空気供給口、１１
…部材、１２…空気吸引部、１２ａ…溝、２０…露光装
置、２１…レチクルステージ、２２…照明系、２３…ス
テージ可動部、２４…ステージ装置、２５…主制御装
置、２６…反射鏡、２７…レチクルレーザ干渉計、２８
…ステージ制御系、２９…リニアモータ、３０…テーブ
ル、３１…ベース部、３２…移動鏡、３３…ウエハ干渉
計、３４…供給管、３５…排出管、３６…温度調節装置

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 21/68 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５０３ＡＦターム(参考） 2F078 CA02 CA08 CB16 CC01 3J102 AA02 BA07 BA09 CA02 EA07 EA13 EA16 GA20 3J104 AA52 AA67 AA70 AA73 AA74 AA76 DA02 EA07 5F031 CA02 CA07 HA13 HA38 HA53 LA03 LA08 MA27 5F046 CC03 CC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エアベアリングに用いられるエアパッド
であって、気体を導くための溝が、当該エアパッドの中
心から見て、３６０°方向に亘ってつながった部分を有
しないことを特徴とするエアパッド。
【請求項２】請求項１に移載のエアパッドであって、
エアパッドのスライド面が長方形であり、気体を導くた
めの溝の形状が、当該エアパッドの中心を通り、前記長
方形の各辺に平行な直線に対して線対称とされているこ
とを特徴とするエアパッド。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載のエアパッ
ドと、平面を有する部材の平面とを対向させて形成され
るエアベアリング。
【請求項４】積載物を搭載して基盤上をスライドする
ステージであって、スライド面に請求項３に記載のエア
ベアリングが用いられていることを特徴とするステー
ジ。
【請求項５】マスクに設けられたパターンをウエハに
転写する露光装置であって、マスクステージ、ウエハス
テージの少なくとも一方に、請求項４に記載のステージ
が用いられていることを特徴とする露光装置。