JP2005142501A - ステージ装置および露光装置ならびにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 エアスライダ支持された定盤をカウンタマスとしてステージの駆動反力を相殺することは、ステージの大型化にともない精度を維持することが困難である。
【解決手段】 カウンタマス定盤を基準面に支持する支持手段は、定盤または基準面に配置される第１永久磁石と、第１永久磁石の両側を挟むように定盤または基準面の他方に配置される第２永久磁石を有し、（ステージが第１方向に移動するストローク＊ステージの第１方向に移動する部分の質量／定盤の質量）＜（第１方向における第１永久磁石と第２永久磁石の間の空隙の総和）及び／または（ステージの第２方向に移動するストローク＊ステージの第２方向に移動する部分の質量／載置台の質量）＜（第１永久磁石と対面する第２永久磁石の第２方向における長さの総和）を満たすことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体露光装置、検査装置等に好適に使用され、露光原版や被露光物、被検査物を所定の位置に位置決めするステージ装置および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。

半導体製造工程において、原版であるレチクル（またはマスク）のパターンを被露光基板である半導体（シリコン）ウエハ上に投影して転写する投影露光装置では、レチクルパターンをウエハ上に投影露光する際、レチクルおよびウエハを投影露光系に対して移動させるために、ステージ装置であるレチクルステージおよび／またはウエハステージが用いられる。

このようなステージ装置では、ステージを駆動させたときの駆動反力がステージの精度劣化を引き起こす要因として問題となっている。この対策として、たとえば特許文献１に開示されている方法がある（図１５参照）。

図１５でウエハステージとしてのＸスライダ３０やＹスライダ３３は、不図示のエアスライドによってステージ定盤２上で滑動自在に支持されており、加速力を受けると反力はステージ定盤２に作用する。ステージ定盤２はベース定盤３上で不図示のエアスライドによって滑動自在に支持されているので、反力によってステージ定盤２は移動し、ベース定盤３には何ら力は作用しない。つまりステージ定盤２はＸスライダ３０やＹスライダ３３に対してカウンタマスとして機能することで反力を相殺して外部へ伝えないようにしている。

また、Ｘスライダ３０やＹスライダ３３がＸまたはＹ方向においてステージ定盤２の重心からずれた位置で加速するとＺ軸周りの回転力が発生し、Ｚ方向においてＸスライダ３０やＹスライダ３３とステージ定盤２とで重心がずれていると、Ｘ軸周りおよびＹ軸周りの回転力が発生し、ベース定盤３に伝わってしまう。その対策として、ステージ定盤２にはＸ軸周り、Ｙ軸周りのカウンタロータ４が設けられると共に、Ｚ軸周りのカウンタロータ（不図示）が設けられ、回転力の発生に同期して各カウンタロータ４を回転させて回転力を相殺するようになっている。
特開平１１−１９０７８６号公報

特許文献１に開示されているように、ステージ定盤をカウンタマスとしてエアスライドでベース定盤上に支持すると、広い領域にわたってエアスライドに必要な平面度を出す必要が生じるため、ステージ定盤を大きくすることが困難となる。しかし、ステージ定盤が小さいと、ステージ定盤の質量が軽くなるため、カウンタマスとしてステージ定盤に求められる移動量が増加してしまい、ベース定盤で平面度を必要とする領域が広くなる。

このため、ステージ定盤をカウンタマスとしてエアスライドで支持する場合には、ステージ駆動反力を相殺して高精度なステージ装置を提供することが困難であった。

一方、エアスライドのかわりに、リニアモータガイド（ＬＭガイド）等の転がり軸受けで支持した場合には、耐久性の点で問題があり、ボールの出入りによる振動の発生が懸念される。また、リニアモータガイドでもエアスライドでもＺ方向の振動はステージに伝えてしまうので、この場合にはＺ方向の振動を絶縁する除振台を更に設ける必要が生じる。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、その目的は、ステージ定盤カウンタマスを用いた高精度で高耐久なステージ装置を提供することにある。

上記目的のために、本発明では少なくとも第１および第２方向に移動可能な移動体を載置する載置台を前記移動体の移動方向と実質的に逆方向に移動して前記移動体を移動する際の駆動反力を相殺するステージ装置において、前記載置台を基準面に支持する支持手段は、前記基準面または前記載置台の一方に配置される第１永久磁石と、前記基準面または前記載置台の他方に前記第１永久磁石の前記第１方向で両側に配置される第２永久磁石を有し、次式を満たすことを特徴としている。

（前記移動体が前記第１方向に移動するストローク＊前記移動体の前記第１方向に移動する部分の質量／載置台の質量）＜（前記第１方向における前記第１永久磁石と前記第２永久磁石の間の空隙の総和）
及び
（前記移動体の第２方向に移動するストローク＊前記移動体の前記第２方向に移動する部分の質量／載置台の質量）＜（前記第１永久磁石と対面する前記第２永久磁石の前記第２方向における長さの総和）
また、前記第１永久磁石が前記載置台に設けられ、前記第２永久磁石が前記基準面に設けられる場合には、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石の対面する面積を可変とする面積可変手段を有することが好ましい。

また、前記載置台を支持する基準面を有し、前記第１永久磁石が前記載置台に設けられ、前記第２永久磁石が前記基準面に設けられることが好ましい。

また、前記移動体が平面モータによって駆動することが好ましい。

また、前記ステージ装置が露光装置で基板を位置決めするために用いられることが好ましく、該露光装置でデバイスを製造することが好ましい。

本発明によれば、ステージ定盤カウンタマスを用いた高精度で高耐久なステージ装置が実現できる。

また、本発明を別の観点から見ると、エア浮上を定盤支持に用いた場合よりも、高精度な平面加工が必要でなくなるので、コスト面でも有利である。さらに、平面加工におけるサイズの制限がないので、ステージの大ストローク化に対応できる等の効果がある。

請求項２に記載の発明によれば、支持力の調整を行うことができる。このことによって、モーメントのバランスや、ばね特性を容易に調整できる。

請求項３に記載の発明によれば、面積可変手段を設けることなくモーメントのバランスを崩さないようにすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、ステージを軽量化することができる。

請求項５に記載の発明によれば、高精度な露光を行うことができる。

請求項６の記載の発明によれば、高集積なデバイスおよび／または歩留まりの少なくしてデバイスを製造することができる。

（実施例１）
図１から図５に本発明に係る実施例１を示す。図１は本実施例におけるステージ装置の斜視図である。ステージ定盤２より上の部分の構成は周知のものであり、同一の機能を有するものには一部で図１５と同一の符号を付してある。

このステージ装置は、載置台としてのステージ定盤２上にＸヨーガイド２０が固定され、Ｘヨーガイド２０の側面とステージ定盤２の上面でＸステージ２１が不図示のエアスライドによりＹ方向に移動自在に支持されている。（図１および図２において、ステージ定盤２上にガイド機能を有する一段の板が設けられているが、ステージ定盤２にガイドを取り付けたものと変わらないため、一段の板はステージ定盤２と一体のものとする。）Ｘステージ２１は主にＹヨーガイド２２とＸスライダ２３ａ、２３ｂから構成され、Ｘスライダ２３ａはその側面及び下面に設けた不図示のエアパッドを介してＸヨーガイド２０の側面とステージ定盤２の上面と対面し、Ｘスライダ２３ｂはその下面に設けた不図示のエアパッドを介してステージ定盤２の上面と対面している。この結果、Ｘステージ２１は、前述のようにＸヨーガイド２０の側面とステージ定盤２の上面でＸ方向に移動自在に支持されている。

一方、Ｘステージ２１の構成部材であるＹヨーガイド２２とステージ定盤２の上面とでガイドされるＹステージ２４が、Ｙ軸まわりにＹヨーガイド２２を囲むように（入れ子構造となるように）設けられている。Ｙステージ２４は主に２枚のＹステージ側板と、上端のＹステージ天板と下端のＹステージ底面から構成され、Ｙステージ底板はその下面に設けた不図示のエアパッドでステージ定盤２上に非接触に支持され、Ｙステージ内側面はその内側面に設けられた不図示のエアパッドでＹヨーガイド２２で非接触に支持されている。この結果、Ｙステージ２４としては前述のようにＹヨーガイド２２の側面とステージ定盤２の上面でＹ方向に移動自在に支持されることになる。

駆動機構として、Ｙ方向の駆動にはＸステージ２１に固定して設けられたリニアモータ固定子２５とＹステージ２４に固定して設けられた不図示のリニアモータ可動子が用いられ、Ｘ方向の駆動にはステージ定盤２に固定して設けられた２本のリニアモータ固定子２６とＸステージ２３に固定して設けられたリニアモータ可動子２７が用いられる。リニアモータ固定子はストローク方向に並べた複数個のコイルを枠に挿入したものであり、可動子は箱型の磁石ユニットで構成される。可動子の位置によって固定子のコイルに選択的に電流を流すことにより推力を発生させる。

ステージ定盤２は３つの支持手段もしくは支持機構としての可変支持ユニット４０を介してベース定盤３の上に支持されている。図２は図１のステージ定盤２をベース定盤３から分離した図である。ステージ定盤２とベース定盤３の間には３個の可変支持ユニット４０の他に、１個のＹ微動リニアモータ１１と２個のＸ微動リニアモータ１２、３個のＺ微動リニアモータ１３が設けられている。

以下、微動リニアモータ及び支持ユニットの構成を説明する。

図３はこれら微動リニアモータの詳細図である。図３（ａ）に示すＺ微動リニアモータ１３はＺヨーク固定部１３ａと、Ｚヨーク固定部１３ａをはさむように設けた２枚のＺヨーク１３ｂ、各々のＺヨーク１３ｂに設けられ厚み方向（図中の１３ｃ内の矢印方向）に着磁される２極の永久磁石１３ｃ、当該永久磁石１３ｃと非接触で対面する扁平トラック形状のＺコイル１３ｄ、当該Ｚコイル１３ｄを支持するＺコイル枠１３ｅから構成される。Ｚヨーク固定部１３ａはステージ定盤２側に固定され、Ｚコイル枠１３ｅはベース定盤３側に固定される。Ｚコイル１３ｄに電流を流すことでコイル系と磁石系との間にＺ方向のローレンツ力が発生するようになっている。

図３（ｂ）に示すＹ微動リニアモータ１１は２個のＹヨーク固定部１１ａ、Ｙヨーク固定部１１ａをはさむように設けた２枚のＹヨーク１１ｂ、各々のＹヨーク１１ｂに設けられ厚み方向（図中の１１内の矢印方向）に着磁される２極の永久磁石１１ｃ、当該永久磁石１１ｃと非接触で対面する扁平トラック形状のＹコイル１１ｄ、当該Ｙコイル１１ｄを支持するＹコイル枠１１ｅから構成される。Ｙヨーク固定部１１ａはステージ定盤２側に固定され、Ｙコイル枠１１ｅはベース定盤３側に固定される。Ｙコイル１１ｄに電流を流すことでコイル系と磁石系との間にＹ方向のローレンツ力が発生するようになっている。

また、図３には示してないが、Ｘ微動リニアモータ１２はＹ微動リニアモータ１１とまったく同じ構成であり、全体をＺ軸回りに９０度回転して図２に示す如く配置することで、Ｘ方向のローレンツ力を発生するようにしたものである。

図４は、図２のベース定盤３を含むユニットをＺ軸方向から見た図である。ステージ定盤２は１つのＹ方向ギャップセンサ１５、２つのＸ方向ギャップセンサ１６、３つのＺ方向ギャップセンサ１７で６軸方向の位置が計測されており、これらの計測値を前記リニアモータ系にフィードバックすることによりステージ定盤２がベース定盤３に対して大きくずれないようになっている。各ギャップセンサ１５，１６，１７はベース定盤３に対して所定の位置関係となるように固定されている。

ステージ定盤２はカウンタマスとして作用するのでＸＹステージ（Ｘステージ２１及びＹステージ２４）の加減速をともなう移動に同期して逆方向（実質的に逆方向であるものを含む）に移動する。つまり、ＸＹステージが加減速をともない移動する位置に対して一意的にカウンタマスとしてのステージ定盤２のあるべき位置が決まる。ステージ定盤２がベース定盤３に対して大きくずれないというのは、このあるべき位置から大きくずれないという意味でステージ定盤２が移動しないという意味ではない。

可変支持ユニット４０の詳細を図５に示す。図５（ａ）は可変支持ユニット４０の斜視図であり、図５（ｂ）はＺ軸方向から見た図である。第１永久磁石４１は取り付け部材４５を介してステージ定盤２に固定されている。第１永久磁石４１をＸ方向で両側を挟むように第２永久磁石として一対の永久磁石４２が非接触で対面して配置されている。第１永久磁石４１，第２永久磁石４２は厚み方向（図のＸ方向）で着磁され、第２永久磁石４２は第１永久磁石４１と同一極が対面している。したがって、第１永久磁石４１と第２永久磁石４２との間にはＺ軸方向（支持方向）の反発力が作用する。

第２永久磁石４２はＹ方向に４２ａと４２ｂに分割され、それぞれヨーク４４ａと４４ｂに固定されている。ヨーク４４ａ，４４ｂは、ベース定盤３に固定された底板４７に設けられたガイド５０によりＹ軸方向に移動できるようになっており、それぞれナット４６ａ，４６ｂが設けられている。モータ４８はブラケット５１を介して底板４７に固定されており、不図示のカップリングにより送りねじ４９ａ，４９ｂと締結している。送りねじ４９ａ，４９ｂはそれぞれ逆方向にねじが切られており、例えば、モータ４８が正（＋）の方向に回転すると、ナット４６ａが正（＋）方向に、ナット４６ｂが負（−）方向と、同一のピッチでそれぞれ逆方向に並進運動する。このナットの移動はヨーク４４ａと４４ｂに伝達され、最終的に第２永久磁石４２ａと４２ｂとの相対的な位置関係が設定される。

このような構成で、モータ４８の駆動により、ヨーク４４ａ，４４ｂがＹ軸方向で逆方向に移動し、第１永久磁石４１と第２永久磁石４２とがそれぞれ対面する面積が変化する。対面する面積は図５（ｂ）の距離Ｙ１＋Ｙ２に比例し、Ｚ軸方向の支持力もそれにともなって変化する。対面する面積と支持ユニット４０が発生する力の関係は後述する。ヨーク駆動系には不図示のセンサが設けられ、ヨーク４４ａ，４４ｂの移動量を検出し、この移動量を目標値に合致させる不図示の位置サーボ機構によりヨーク４４ａ，４４ｂは所望の目標位置に移動するように制御される。

よって各可変支持ユニット４０で発生すべき力さえわかればその力を発生するようにヨーク４４ａ，４４ｂが移動する。各可変支持ユニット４０の支持力を可変にする理由については後述する。

ここで、支持ユニットにかかる力について説明する。

図５（ａ）に示す方向に支持ユニット４０のＸＹＺ座標軸と、その軸方向に発生する力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚをとると、変位と力の関係は図６の（ａ）〜（ｄ）に示す特性曲線のようになる。ここでは、説明を分かりやすくするためにヨーク４４ａと４４ｂは接触した状態で固定されている。各特性曲線の横軸は第１永久磁石４１のＸＹＺ方向の変位であり、縦軸は第１永久磁石４１に作用する力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚである。

図６（ａ）は第１永久磁石４１の鉛直方向変位（Ｚ軸方向の変位）と鉛直方向の力（Ｆｚ）の関係を示しており、Ｚ方向の臨界位置で、力Ｆｚはピークとなる。臨界位置を境に鉛直上方に変位しても、鉛直下方に変位しても鉛直方向の力（Ｆｚ）は減少する。第１永久磁石４１が臨界位置より上に位置するときは「ばね特性」を示し、臨界位置より下に位置するときは「逆ばね特性」を示す。

ここで、「ばね特性」とは、変位が増加すると、その変位を復元する方向に力が作用する特性をいい、「逆ばね特性」とは、変位が増加するとさらに変位を増加させようとする方向に力が働く特性をいう。

図６（ａ）の特性曲線において、特徴的なのは臨界位置が存在しており、この位置では第１永久磁石４１が鉛直方向に発生する力の変化率はゼロ、
すなわち、ｄＦｚ／ｄｚ＝０ ・・・（１）
となる。この臨界位置では、ばね定数が略ゼロとなり、外力（振動）が加えられた場合でも変位を生じさせない特性を示すことになる。つまり振動伝達率が略ゼロとなり、大きな支持力（Ｆｚ）を発生できるという特徴を有する。従って、支持ユニット４０においては、第１永久磁石４１が臨界位置に位置するように配置してステージ定盤２を支持することが望ましい。

図６（ｂ）は第１永久磁石４１が第２永久磁石４２に沿って移動する方向（Ｙ方向）の変位と、Ｙ方向の力（Ｆｙ）の関係を示しており、Ｙ方向のある変位区間だけ、Ｙ方向の力（Ｆｙ）が略ゼロとなる領域（図６（ｂ）では「Ｆｙゼロ領域」）が含まれる。そして、Ｙ方向の変位が、このＦｙゼロ領域を超えて更に変位が増加すると、変位を増加させる方向にＹ方向の力（Ｆｙ）が発生し、同様に、Ｆｙゼロ領域を超えて更に変位が減少すると、変位を減少させる方向にＹ方向の力（Ｆｙ）が発生する。図６（ｂ）の特性曲線において、特徴的なのは、Ｙ方向の力が略ゼロとなる変位領域が存在し、この領域内では、振動伝達率が略ゼロとなり、Ｙ方向の力を発生させない特性を示す点にある。従って、支持ユニット４０においては、第１永久磁石４１の位置が、Ｆｙゼロ領域内に入るように配置して載置台を支持するのが望ましい。

図６（ｃ）は第１永久磁石４１と第２永久磁石４２との間の空隙方向（Ｘ方向）の変位と、Ｘ方向の力（Ｆｘ）の関係を示している。第２永久磁石４２の裏面に取り付けられているヨーク４４の厚さにより、Ｘ方向に発生する力（Ｆｘ）の特性は異なった傾向を示す。第１永久磁石４１と第２永久磁石４２とは同じ極が対面する構成になっているので、通常なら反発力によるばね特性、つまり、変位が増加するとその変位と反対方向に力が働くことになる。しかし、第２永久磁石４２の裏面にヨーク４４を設けると、第１永久磁石４１とヨーク４４の吸引力により、「逆ばね特性」、つまり変位が増加するとさらに変位を増加させようとする方向に力が働くようになる。

一方、永久磁石（４１，４２）同士は上述のようにばね特性を示すので、ヨーク４４が取り付けられた場合の空隙方向（Ｘ方向）の変位と力（Ｆｘ）の特性は、「逆ばね特性」と「ばね特性」の合成された特性になる。ヨーク４４を厚くすると逆ばね特性が支配的となり、トータルとして逆ばね特性を示し、図６（ｃ）の破線３５０のような特性になる。一方、ヨーク４４を薄くしたり、なくしたりするとトータルとしてばね特性が支配的となり、図６（ｃ）の実線３６０のような特性になる。ヨーク厚さを適切に調整し、設計すると図６（ｃ）の実線３７０のような変位に対して、力の変化もなく、力の大きさ自体もゼロであるような特性を示す。従って、ヨーク４４の厚さを適切に設定して、支持ユニット４０を構成すれば、振動伝達率を略ゼロとすることが可能となり、支持ユニット４０の特性として望ましいものとなる。

図６（ｄ）は、第１永久磁石４１のＹ方向における寸法を変えて、第１永久磁石４１と第２永久磁石４２の対面面積を変えたときの、Ｚ方向の変位と力（Ｆｚ）の関係を示す図である。Ｚ方向の変位と力の特性は対面面積に比例して変化する。つまり対面面積が０．５倍になればＦｚが１倍のときの０．５倍の特性になり、対面面積が１．５倍になれば、Ｆｚが１倍のときの１．５倍の特性になる。このことは対面面積を可変にすると特性曲線の形を保ったまま発生力を可変に制御できることを示唆している。

以上の特性を考慮して支持状態では支持方向のみ支持力を発生し、支持方向以外は力が略ゼロになり、変位に対してはＸＹＺ方向についても力の変化がないように支持ユニット４０の構成を設計して配置するのが望ましい。しかし支持ユニット４０だけでは安定して位置を保持することは困難である。したがって、支持ユニット４０とは別にステージ定盤２の位置を補助的に保持するものとして、前述の６個のリニアモータおよびギャップセンサを用いている。

以上の構成により、図６で説明した臨界位置、Ｆｙゼロ領域、ヨーク厚さの設定条件を実現する第１、第２永久磁石（４１，４２）、ヨーク４４を有する３個の支持ユニット４０はＸＹＺ各軸方向の支持力のみを発生し、支持方向以外の変位に対しては力の発生を略ゼロとした能動除振性能を実現し、不慮の外乱等に対してはギャップセンサによる位置計測に基づく６個の微動リニアモータの弱い位置制御と組み合わせることにより位置及び姿勢を保持する振動絶縁特性に優れた能動除振装置が実現できる。

しかしながら、上述の効果を達成するには、ステージ定盤２に取り付けられた第１永久磁石の変位を所定の範囲内にしなければならず、ステージ定盤２がカウンタマスとして移動する場合においては、図６における臨界位置（Ｆゼロ領域）を大きくはずれてしまうおそれがある。

そこで、本発明の特徴として、図５（ｂ）に示す可変支持ユニット４０の寸法において、
ステージ定盤２のＸ方向におけるストローク＜Ｘ１＋Ｘ２ ・・・（２）
ステージ定盤２のＹ方向におけるストローク＜ＹＹ１＋ＹＹ２ ・・・（３）
となっている。ここで、ステージ定盤２のＸ方向のストロークはＸステージ２１がＹステージ２４と共にＸ方向に加速及び減速するストロークと、Ｘステージ２１とＹステージ２４の質量の和とステージ定盤２の質量との比によって決まり、いいかえるとＸＹステージ（Ｘステージ２１及びＹステージ２４）がＸ方向に加速及び減速するストロークとＸＹステージのうちＸ方向に移動する部分の質量の総和とステージ定盤２の質量の比によって決まるといえる。また、ステージ定盤２のＹ方向のストロークはＹステージ２４がＹ方向に加速及び減速するストロークと、Ｙステージ２４の質量とステージ定盤２の質量との比によって決まり、いいかえるとＸＹステージがＹ方向に加速及び減速するストロークとＸＹステージのうちＹ方向に移動する部分の質量とステージ定盤２の質量の比によって決まるといえる。このことを式にすると、
ステージ定盤２のＸ方向のストローク＝ＸＹステージのＸ方向のストローク×ＸＹステージのＸ方向に移動する部分の質量／ステージ定盤の質量 ・・（４）
ステージ定盤２のＹ方向のストローク＝ＸＹステージのＹ方向のストローク×ＸＹステージのＹ方向に移動する部分の質量／ステージ定盤の質量 ・・（５）
となる。ここで、ステージのストロークとは、ステージの加減速にともなう移動のストロークを意味し、このストロークによってステージ定盤２のストロークが決まる。また、可変支持ユニット４０において、（２）の条件を満たさないと第１永久磁石と第２永久磁石が接触し、（３）を満たさないと第１永久磁石と第２永久磁石の対面する面積が減少して支持力が減少もしくはＹ方向への力が発生してしまう。

また、従来例に示したカウンタロータは不図示であるが内蔵されていて回転力を相殺するようになっている。

以上の構成においてＸＹステージ（Ｘステージ２１，Ｙステージ２４）がＸ及び／またはＹ方向に移動すると、ステージ定盤２はＸＹステージとの質量比とＸＹステージの加減速をともなう移動に応じて移動し、移動によって回転力が発生する場合は不図示のカウンタロータを回転させて回転力を相殺する。この結果、ベース定盤３にはＸＹステージの移動による反力は発生しないし、回転力も発生しない。

ステージ定盤２およびＸＹステージの姿勢を保つには、可変支持ユニット４０の支持力を可変にするとよい。図７にＸＹステージの移動前後の様子を示す。図７（ａ）はステージ移動前、図７（ｂ）はステージ移動後を表す図である。ＸＹステージを簡単のため質量ｍで代表させ、ステージ定盤２を質量Ｍで代表させている。また簡単のため可変支持ユニット４０を中央から等距離に配置された２個のユニット４０ａ，４０ｂで代表させている。

移動前の状態はｍがＭのちょうど中央にいる。このときは２個の支持ユニット４０ａ，４０ｂはどちらもＦ＝（ｍ＋Ｍ）／２の力を発生している。次にＸＹステージが絶対座標でＬだけ移動するとステージ定盤は反対側に絶対座標でｍ／（ｍ＋Ｍ）×Ｌだけ移動する。

ところが、前述のように支持ユニット４０ａ，ｂでは、第１永久磁石４１が第２永久磁石４２と近づくまたは遠ざかる方向に移動しても第２永久磁石４２に沿う方向に移動しても支持力は不変である。よってステージ定盤２とＸＹステージだけを取り出した系でみると、ＸＹステージの重心が移動しているのに支持力および支持力発生位置が系に対して不変であり、モーメントのバランスが崩れる。

これに対して図７の右側の支持ユニット４０ａで第２永久磁石間の距離を近づけて右側の支持ユニット４０ａの支持力を増加させ、左側の支持ユニット４０ｂで第２永久磁石間の距離を遠ざけて左側の支持ユニット４０ｂの支持力を減少させるように補正する。

定量的には３つの支持反力の補正分をΔＦ１，ΔＦ２，ΔＦ３，ＸＹステージの重心を基準とする座標系で３つの支持ユニットの位置を（Ｘ１，Ｙ１）（Ｘ２，Ｙ２）（Ｘ３，Ｙ３）とするとき
ΔＦ１＋ΔＦ２＋ΔＦ３＝ｍｇ ・・・（６）
ΔＦ１・Ｘ１＋ΔＦ２・Ｘ２＋ΔＦ３・Ｘ３＝０ ・・・（７）
ΔＦ１・Ｙ１＋ΔＦ２・Ｙ２＋ΔＦ３・Ｙ３＝０ ・・・（８）
となるように補正分を決めればよい。この補正をやらないと、このΔＦ１，ΔＦ２，ΔＦ３はＺ微動リニアモータ１３で発生しなければならず発熱がふえて好ましくない。

（実施例２）
図８，図９に本発明に係る実施例２を示す。本実施例は、ベース定盤３に第１永久磁石６１を固定して、第１永久磁石６１を両側からはさむように構成される第２永久磁石６２がステージ定盤２に固定されている点と、図８のような支持力が可変でない支持ユニット６０を用いた点が実施例１との大きな違いであり、それ以外の構成および作用はほぼ同じである。

図８に示す支持ユニット６０は第２永久磁石６２が分割されておらず支持力が可変にできないこと以外は、実施例１で示した可変支持ユニットと同じ構成である。厚み方向（図８ではＸ方向）に着磁された第１永久磁石６１を両側からはさむように１対の第２永久磁石６２が設けられ、第１永久磁石６１と第２永久磁石６２は同じ極が非接触で対面するようになっている。第２永久磁石６２の裏面にはヨーク６３が設けられ、各々のヨーク６３は天板６４に固定され、天板６４はステージ定盤２に固定されている。第１永久磁石６１は取り付け部材６５を介してベース定盤２に固定される。第１永久磁石６１は支持方向つまりＺ方向上方にオフセットして配置される。これにより第１永久磁石６１と第２永久磁石６２の間にはＺ方向の反発力が作用する。

この支持ユニット６０でもＸＹＺ方向の剛性がほぼゼロで第１永久磁石６１と第２永久磁石６２の相対位置が水平方向に移動しても支持力はほぼ不変である。

また、支持ユニット６０においても図１０に示すように
ステージ定盤のＸ方向におけるストローク＜Ｘ１＋Ｘ２
ステージ定盤のＹ方向におけるストローク＜ＹＹ１＋ＹＹ２
を満たすようになっている。

ステージ定盤２上でＸＹステージが移動したときの様子を図１１に示す。図１１（ａ）はステージ移動前を、図１１（ｂ）はステージ移動後を表す。ＸＹステージを簡単のため質量ｍで代表させ、ステージ定盤２を質量Ｍで代表させている。また簡単のため支持ユニット６０を中央から等距離に配置された２個のユニット６０ａと６０ｂで代表させている。

移動前の状態はｍがＭのちょうど中央にいる。このときは２個の支持ユニット６０ａ，６０ｂはどちらもＦ＝（ｍ＋Ｍ）／２の力を発生している。次にＸＹステージが絶対座標でＬだけ移動するとステージ定盤２は反対側に絶対座標でｍ／（ｍ＋Ｍ）×Ｌだけ移動する。

このとき実施例１と異なり、第１永久磁石６１がベースに固定されているので、３つの支持ユニット６０の支持力が作用する位置は絶対座標系で不変である。一方ステージ定盤２とＸＹステージを合わせた系の重心位置も絶対座標系で不変である。よって支持力を調整しなくてもモーメントバランスが崩れることがない。

（実施例３）
図１２は、上述の支持ユニットを平面モータを用いたステージ装置に適用した実施例を表す図である。実施例１と実施例２ではＸステージとＹステージを入れ子構造にした、いわゆるＴ字型ステージであったのに対し、実施例３では１つのＸＹステージ２８がＸＹ方向に駆動し、ガイドを有しないこと等が特徴として挙げられる。図１２では、支持ユニットは省略されているが、ステージ定盤２の下に配置される。また、平面モータは公知の技術であり、具体的な構造については詳細な説明を省略する。このことは、本実施例が平面モータの具体的な構造に限定されないことを意味し、たとえば平面モータを用いたステージはＸ，Ｙ，ωｚ（Ｚ軸周りの回転方向）方向の３軸駆動でもＸ，Ｙ，Ｚ，ωｘ（Ｘ軸周りの回転方向），ωｙ（Ｙ軸周りの回転方向），ωｚ方向の６軸駆動でもよく、また自重支持をエアによる支持としても磁石による支持としてもよい。

本実施例でも、実施例１の数式（２），（３）は成立し、さらにＸＹステージ２８が実施例１や実施例２のＸステージ２１とＹステージ２４を兼ねているため次式のようにすることもできる。

ステージ定盤２のＸ方向のストローク＝ＸＹステージのＸ方向のストローク×ＸＹステージの質量／ステージ定盤の質量 ・・・（９）
ステージ定盤２のＹ方向のストローク＝ＸＹステージのＹ方向のストローク×ＸＹステージの質量／ステージ定盤の質量 ・・・（１０）
ＸＹステージを平面モータとすることによりと構造がシンプルとなり、ガイド部を移動する必要がないのでステージの質量は軽量となり、ステージ定盤２が移動するストロークが小さくなる。これによって、永久磁石２と永久磁石１の間の距離を小さくでき、より大きな支持力を発生することができる。

（実施例４）
図１３は、上記と同様のステージ装置をウエハステージとする半導体デバイス製造用の露光装置を示す。

この露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用され、原版であるレチクルＲを介して基板としての半導体ウエハＷ上に光源７０からの露光エネルギーとしての露光光（この用語は、可視光、紫外光、ＥＵＶ光、Ｘ線、電子線、荷電粒子線等の総称である）を投影系としての投影レンズ（この用語は、屈折レンズ、反射レンズ、反射屈折レンズシステム、荷電粒子レンズ等の総称である）７１を介して照射することによって、基板上に所望のパターンを形成している。

この露光装置は、定盤７２上にガイド７３とリニアモータ固定子７４を固設している。前述と同様に、リニアモータ固定子７４は多相電磁コイルを、リニアモータ可動子７５は永久磁石群を有している。リニアモータ可動子７５を可動部７６として、ステージである可動ガイド７７に接続し、リニアモータＭ１の駆動によって可動ガイド７７を紙面法線方向に移動させる。可動部７６は、定盤７２の上面を基準に静圧軸受７８で、ガイド７３の側面を基準に静圧軸受７９で支持される。

可動ガイド７７を跨ぐようにして配置したステージである移動ステージ８０は静圧軸受８１によって支持されている。この移動ステージ８０は、上記と同様のリニアモータＭ２によって駆動され、可動ガイド７７を基準に移動ステージ８０が紙面左右方向に移動する。移動ステージ８０の動きは、移動ステージ８０に固設したミラー８２および干渉計８３を用いて計測する。

移動ステージ８０に搭載したチャック上に基板であるウエハＷを保持し、光源７０、投影光学系７１によって、原版であるレチクルＲのパターンをウエハＷ上の各領域にステップアンドリピートもしくはステップアンドスキャンで縮小転写する。

なお、本発明のリニアモータは、マスクを使用せずに半導体ウエハ上に回路パターンを直接描画してレジストを露光するタイプの露光装置にも、同様に適用できる。

（実施例５）
次に、この露光装置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１４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図である。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（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。

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、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用し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５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）等の組み立て工程を含む。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、ステップ７でこれを出荷する。

上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。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。

実施例１の全体図 ステージ定盤を分離させた図 微動リニアモータ詳細図 実施例１の上面図 （ａ）は可変支持ユニット詳細図、（ｂ）は可変支持ユニット寸法詳細図 （ａ）はＺ方向の支持力と変位を表す図、（ｂ）はＹ方向の支持力と変位を表す図、（ｃ）はＸ方向の支持力と変位を表す図、（ｄ）はＺ方向の支持力と２つの永久磁石の対面面積を表す図 （ａ），（ｂ）は実施例１の動作説明図 実施例３の支持ユニット詳細図 実施例２の上面図 支持ユニット寸法詳細図 実施例２の動作説明図 実施例３に係る平面モータを表す図 実施例４に係る露光装置を表す図 実施例５に係る半導体製造プロセスを表す図 従来例を示す図

符号の説明

２ ステージ定盤
３ ベース定盤
１１ Ｙ微動リニアモータ
１１ａ Ｙヨーク固定部
１１ｂ Ｙヨーク
１１ｃ 永久磁石
１１ｄ Ｙコイル
１１ｅ Ｙヨーク固定部
１２ Ｘ微動リニアモータ
１３ Ｚ微動リニアモータ
１３ａ Ｚヨーク固定部
１３ｂ Ｚヨーク
１３ｃ 永久磁石
１３ｄ Ｚコイル
１３ｅ Ｚコイル枠
１５ Ｙギャップセンサ
１６ Ｘギャップセンサ
１７ Ｚギャップセンサ
２０ Ｘヨーガイド
２１ Ｘステージ
２２ Ｙヨーガイド
２３ａ，２３ｂ Ｙスライダ
２４ Ｙステージ
２５ Ｙリニアモータ固定子
２６ Ｘリニアモータ固定子
２７ Ｘリニアモータ可動子
２８ ＸＹステージ
４０ 可変支持ユニット
４１ 第１永久磁石
４２，４２ａ，４２ｂ 第２永久磁石
４４ａ，４４ｂ ヨーク
４５ 取り付け部材
４６ａ，４６ｂ ナット
４７ 底板
４８ モータ
４９ａ，４９ｂ 送りねじ
５０ ガイド
５１ ブラケット
６０ 支持ユニット
６１ 第１永久磁石
６２ 第２永久磁石
６３ ヨーク
６４ 天板
６５ 取り付け部材
７０ 光源
７１ 投影レンズ
７２ 定盤
７３ ガイド
７４ リニアモータ固定子
７５ リニアモータ可動子
７６ 可動部
７７ 可動ガイド
７８，７９，８１ 静圧軸受
８０ 移動ステージ
８２ ミラー
８３ 干渉計

Claims (6)

1. 少なくとも第１および第２方向に移動可能な移動体を載置する載置台を前記移動体の移動方向と逆方向に移動して前記移動体を移動する際の駆動反力を相殺するステージ装置において、
   前記載置台を基準面に支持する支持手段は、前記基準面または前記載置台の一方に配置される第１永久磁石と、前記基準面または前記載置台の他方に前記第１永久磁石の前記第１方向で両側に配置される第２永久磁石を有し、
   （前記移動体が第１方向に移動するストローク＊前記移動体の前記第１方向に移動する部分の質量／載置台の質量）＜（前記第１方向における前記第１永久磁石と前記第２永久磁石の間の空隙の総和）
   及び
   （前記移動体の第２方向に移動するストローク＊前記移動体の前記第２方向に移動する部分の質量／載置台の質量）＜（前記第１永久磁石と対面する前記第２永久磁石の前記第２方向における長さの総和）
   を満たすことを特徴とするステージ装置。
2. 前記第１永久磁石が前記載置台に設けられ、前記第２永久磁石が前記基準面に設けられ、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石の対面する面積を可変とする面積可変手段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。
3. 前記載置台を支持する基準面を有し、前記第１永久磁石が前記載置台に設けられ、前記第２永久磁石が前記基準面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
4. 前記移動体が平面モータによって駆動す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。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のステージ装置で基板を位置決めすることを特徴とする露光装置。
6. 請求項５に記載の露光装置によってデバイスを製造する工程を有するデバイス製造工程。
   

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