JP2005209709A - ステージ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大ストローク化にも対応でき、且つ、漏れ磁場含む磁場変動の少なくて発熱の少ないために特に電子ビーム露光装置に搭載する上で最適なステージ装置の提供。
【解決手段】投影光学系を保持する計測基準、パターンが露光される基板、基板を搭載するトップステージ、光軸方向（ｚ）と直交する平面上（ｘ，ｙ）を可動する運搬ステージ、運搬ステージを搭載するステージベース、計測基準よりステージベースの少なくともｚ及びｘ軸回りとｙ軸回り方向の位置を計測する計測手段、計測手段の値に基づきステージベースを少なくともｚ及びｘ軸回りとｙ軸回り方向に駆動する複数の力発生手段、運搬ステージ、ステージベース及び力発生手段は第１の磁気シールドで覆われている力発生手段は電磁力であり、力発生手段は第２の磁気シールドにより覆われている力発生手段と並列に前記ステージベースに作用する支持力発生手段を含んでステージ装置を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種測定器及び半導体リソグラフィ工程で用いる投影露光装置等において、ウエハ等の基板を高速、高精度で移動、位置決めする位置決め装置に関するものである。特に、ウエハ直接描画又はマスク、レチクル露光のために電子ビームを用いてパターン描画を行う電子ビーム露光装置に最適である。

半導体装置の製造においては、マスク上に形成された各種パターンを光でウエハ上に縮小転写するリソグラフィ技術が利用されている。このリソグラフィ技術で用いるマスクのパターンには極めて高い精度が要求され、これを作製するのに電子ビーム露光装置が使用されている。又、マスクを用いることなしにウエハ上に直接パターンを描画する場合も電子ビーム露光装置が使用されている。

電子ビーム露光装置には、ビームをスポット状にして使用するポイントビーム型、サイズ可変の矩形断面にして使用する可変矩形ビーム型等の装置があるが、どの構成も一般的には電子ビームを発生させる電子銃部と、そこより発せられたビームを試料上に導くための電子光学系と、電子ビームに対して全面に亘って試料を走査するためのステージ系及び電子ビームを試料面上に高精度に位置決めしていくための対物偏向器を有している。

対物偏向器により位置決め可能な領域は、電子光学系の収差を小さく抑えるために数ｍｍ程度である。これに対して、試料の大きさは例えばシリコンウエハであればφ２００〜３００ｍｍ程度あり、マスクに使用されるガラス基板では１５０ｍｍ角程度の大きさがある。従って、それら試料を電子ビームに対して全面を走査することが可能なステージを有している。

電子ビームの位置決め応答性は極めて高いため、ステージの機械的制御的特性を高めるより、ステージの姿勢や位置ずれ量を計測し、電子ビームを走査させる偏向器によりビームの位置決めにフィードバックしたシステム構成を採ることが一般的である。

更に、ステージは、真空チャンバに設置され、且つ、電子ビームの位置決めに影響を与える磁場変動を引き起こしてはならないという拘束があったため、従来はステージは平面方向に動きさえすれば良く、例えば、転がりガイドやボールネジアクチュエータといった接触型の限られた機構要素で構成されていた。

又、接触型では潤滑の問題や発塵等の問題も生じる。その対応技術として、特許文献１で開示されているような非接触アクチュエータを用いた非接触ステージ装置がある。従来例１を図１０に示す。

一方、従来課題とされていたリソプロセスの高速化に対しても、例えば特許文献２のように複数の電子ビームを設計上の座標に沿って試料面に照射し、設計上の座標に沿ってその複数の電子ビームを偏向させて試料面を走査させるとともに、描画するパターンに応じて複数の電子ビームを個別にｏｎ／ｏｆｆしてパターンを描画するマルチ電子ビーム型露光装置がある。マルチ電子ビーム型露光装置は、複数の電子ビームで任意の描画パターンを描画できるのでスループットがより改善できるという特徴がある。

図１１にマルチ電子ビーム型露光装置の概要を示す。

５０１ａ，５０１，５０１ｃは個別に電子ビームをon/offできる電子銃である。１００は電子銃５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃからの複数の電子ビームをウエハ３０５上に縮小投影する縮小電子光学系で、３０６はウエハ６０５に縮小投影された複数の電子ビームを走査させる偏向器である。

図１２に上記構成により、ウエハ上を複数の電子ビームを走査した際の様子を示す。白丸は、各電子ビームが偏向器３０６により偏向を受けないときにウエハに入射するビーム基準位置（ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３）であって、各ビーム基準位置は設計上の直交座標系（Ｘs ，Ｙs ）に沿って配列される。

一方、各電子ビームはビーム基準位置を基準としてこれも設計上の直交座標系（Ｘs ，Ｙs ）に沿って走査され、各電子ビーム毎の露光フィールド（ＥＦ１，ＥＦ２，ＥＦ３）を走査する。各電子ビームの露光フィールドが隣接してウエハを露光する。ウエハ３０５を搭載するステージは２００のようにｙ方向スキャンが支配的な軌跡で動くことが電子ビーム露光装置の特徴である。

特開平１１−１９４８２４号公報 特開平９−３３０８６７号公報

しかしながら、今後、ウエハ大口径化が求められるリソグラフィにおいて、装置のストロークが増大する。従来例１においては、ＸＹ方向に大きく動くことができない。更に、全ての自重を非接触アクチュエータで浮上支持することに関して、電磁石で実施すると定常電流が増え、発熱が大きくなることによる精度向上が困難で且つ漏れ磁束が大きい。又、永久磁石吸引で実施すると、発熱は生じないが、漏れ磁束は解決できない。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、大ストローク化にも対応でき、且つ、漏れ磁場含む磁場変動の少なくて発熱の少ないために特に電子ビーム露光装置に搭載する上で最適なステージ装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、電子ビームを単数若しくは複数用いた露光装置であって、投影光学系を保持する計測基準、或るパターンが露光される基板、基板を搭載するトップステージ、トップステージを搭載し、光軸方向（ｚ）と直交する平面上（ｘ，ｙ）を可動する運搬ステージ、運搬ステージを搭載するステージベース、前記計測基準よりステージベースの少なくともｚ及びｘ軸回りとｙ軸回り方向の位置を計測する計測手段、前記計測手段の値に基づき前記ステージベースを少なくともｚ及びｘ軸回りとｙ軸回り方向に駆動する複数の力発生手段、前記運搬ステージ、ステージベース及び力発生手段は第１の磁気シールドで覆われている前記力発生手段は電磁力であり、前記力発生手段は第２の磁気シールドにより覆われている前記力発生手段と並列に前記ステージベースに作用する支持力発生手段を含むことを特徴とする。

本発明によれば、真空内にて大ストロークに対応でき、且つ、漏れ磁場及び発熱の少ない高精度露光が実現できる。

図１は電子ビーム露光装置の要部概略図である。

図１において、３００は真空試料室であり、内壁若しくは外壁にパーマロイ等を貼ることにより、磁気シールドルーム３００’を兼用する。３０１はカソード３０１ａ、グリッド３０１ｂ、アノード３０１ｃより成る電子銃であって、カソード３０１ａから放射された電子はグリッド３０１ｂ、アノード３０１ｃの間でクロスオーバ像を形成する（以下、これらのクロスオーバ像を光源と記す）。

この光源から放射される電子は、その前側焦点位置が前記光源位置にあるコンデンサーレンズ３０２によって略平行の電子ビームとなる。略平行な電子ビームは、要素電子光学系アレイ３０３に入射する。要素電子光学系アレイ３０３は、ブランキング電極と開口と電子レンズで構成される要素電子光学系がｚ軸に平行な光軸に直交する方向に複数配列されて形成されたものである。要素電子光学系アレイ３０３の詳細については後述する。

要素電子光学系アレイ３０３は、光源の中間像を複数形成し、各中間像は後述する縮小電子光学系１００によって縮小投影され、ウエハ３０５上に光源像を形成する。

その際、ウエハ３０５上の光源像の間隔が光源像の大きさの整数倍になるように、要素電子光学系アレイ３０３の各要素は設定されている。更に、要素電子光学系アレイ３０３は、各中間像の光軸方向の位置を縮小電子光学系１００の像面湾曲に応じて異ならせるとともに、各中間像が縮小電子光学系１００によってウエハ３０５に縮小投影される際に発生する収差を予め補正している。

縮小電子光学系１００は、第１投影レンズ３４１（３４３）と第２投影レンズ３４２（３４４）とから成る対称磁気タブレットで構成される。第１投影レンズ３４１（３４３）の焦点距離をf1、第２投影レンズ３４２（３４４）の焦点距離をf2とすると、この２つのレンズ間距離はｆ１＋ｆ２になっている。光軸上の物点は第１投影レンズ３４１（３４３）の焦点位置にあり、その像点は第２投影レンズ３４２（３４４）の焦点に結ぶ。この像は−ｆ２／ｆ１に縮小される。又、２つのレンズ磁界が互いに逆方向に作用するように決定されているので、理論上は、球面収差、等方性非点収差、等方性コマ収差、像面湾曲収差、軸上色収差の５つの収差を除いて他のザイデル収差及び回転と倍率に関する色収差が打ち消される。

３０６は要素電子光学系アレイ３０３からの複数の電子ビームを偏向させて、複数の光源像をウエハ３０５上でＸ，Ｙ方向に略同一の変位量だけ変位させる偏向器である。偏向器３０６は、図示はされていないが、偏向幅が広い場合に用いられる主偏向器と偏向幅が狭い場合に用いられる副偏向器で構成されていて、主偏向器は電磁型偏向器で、副偏向器は静電型偏向器である。

３０７は偏向器３０６を作動させた際に発生する偏向収差により光源像のフォーカス位置のずれを補正するダイナミックフォーカスコイルであり、３０８はダイナミックフォーカスコイル３０７と同様に、偏向により発生する偏向収差の非点収差を補正するダイナミックスティグコイルである。９９はオフアクシスに配置されたアライメントスコープであり、既にウエハに描画されたマークを検出する。縮小電子光学系１００は、基準板１０１に固定保持されている。アライメントスコープも基準板１０１に固定されている。
３１０はウエハ３０５を載置するトップステージである。アライメントスコープによりウエハ３０５の全面を観察するためには、トップステージ３１０がアライメントスコープ直下にてウエハ口径に相当するストロークを有する必要がある。４３６は基準板に取り付けられたレーザ干渉計であり、トップステージ３１０のｘ，ｙ更にはθｘ，θｙ，θｚ方向位置を高精度に検出している。９８はウエハ３０５の上面を基準板１０１基準に計測するフォーカスセンサである。

４はトップステージ３１０を載置し、光軸 (Ｚ軸) と直交するＸＹ方向に長ストローク移動可能なＸＹスライダであり、基準となるステージベース１上を滑らかに動くことができる。４０１はステージベース１を搭載し支持するベースホルダである。ベースホルダは床４００に設置したエアマウント４４０で３箇所若しくは４箇所で支持されており、エアマウントは、ベースホルダやステージベース等の全搭載荷重を支えると共に、ＸＹスライダ４が移動することによる偏荷重も支えている。

又、エアマウントで支えることで、ベースホルダ及びエアマウントで決まる固有値が低域（１〜３Ｈｚ）になることで、高周波の床振動をベースホルダに伝えにくくなる効果を持つ。エアマウントとステージベースの取り付けに関して、ベローズ４４１を介することによりエアマウント４４０を真空試料室外に配置することを可能としている。

更に、ベースホルダには床４００に設置した電磁石ユニット４３４ｍにより、エアマウントによる支持力と並列に電磁力が作用する。本実施の形態においては、ｚ方向に電磁力が発生する電磁石ユニット４３４ｍが３箇所配置され、ベースホルダにｚ及びθｘ，θｙ方向に駆動することができる。電磁石ユニット４３４ｍにおいて、固定子であるＥコア４３４ＥＭは固定フレーム４３０に、可動子であるＩコア４３４Ｉはベースホルダに固定されている。Ｅコア４３４ＥＭとＩコア４３４Ｉの機械的な隙間は相当量開いており、ベースホルダのｚ方向ストロークは１ｍｍ程度とることは可能である。

更に、Ｅコア及びＩコアを覆うように磁性体のシールドが固定フレームに固定されており、真空試料室内に漏れる磁束は非常に少ない。又、縮小電子光学系１００からは一定量の磁場が磁気シールドルーム３００’内に漏れてきており（レンズ漏れ磁場）、Ｅコア及びＩコアを覆う磁性体のシールドが光学系１００近傍にあると、このレンズ漏れ磁場を更に引っ張ってきてしまい、例えば、ＸＹステージに僅かな磁性体（本実施の形態では、可動子２４ｍ）があると、移動を伴うことにより磁場分布が変化し、結果的に磁場変動を起こしてしまうが、本実施の形態においては、磁性体はＸＹステージの下方にあるので、このレンズ漏れ磁場を引っ張ってくることがなく、実質問題とはならない。

又、基準板１０１にｚ干渉計４３７が固定されており、ベースホルダに取り付けた平面ミラー若しくはコーナキューブにより基準板とベースホルダの相対位置を計測している。本実施の形態においては、ｚ干渉計４３７はｘｙ平面上に３箇所も設けられており、ベースホルダのｚ及びθｘ，θｙ方向の位置を高精度に検出している。

次に、ベースホルダを駆動する制御系について図１３を用いて説明する。

４０１’はベースホルダ４０１及びステージ４、ステージベース１を含む機械特性である。

４４０’はエアマウント４４０及びサーボバルブ、サーボアンプを含む特性である。

４３４’は電磁石４３４ｍ及びアンプを含む特性である。Ｚｒは指令値であり、Ｚはｚ干渉計の出力値である。指令値に対して、エアマウントコントローラ（Ｍコントローラ）によりサーボアンプへの入力信号が決定され、指令値に近づくようベースホルダが駆動される。又、一般には、エアマウントの特性４４０’は遅い応答であり、指令値のフィードフォワード信号を電磁石コントローラ（Ｅコントローラ）に与え、駆動する瞬間だけ電磁石コイルに通電し、電磁力をベースホルダに作用させることにより素早い駆動を実現している。

次に、図２を用いてＸＹスライダ詳細を説明する。

ｘｙスライダ４は、４１のｘｙスライダｙと４２のｘｙスライダｘより構成されている。ｘｙスライダｙ４１の下面には真空対応軸受４３がステージベース１の上面１ｆに対向して構成され、又、側壁の内側には同様の真空対応軸受４４がｙガイド３ｆを挟み込むように構成されている。又、ｘｙスライダｘ４２の側壁の内側には同様の真空対応軸受４５がｘガイド２ｆを挟み込むように構成されている。ｙガイド３ｆを含むｘスライダ３、ｘガイド２ｆを含むｙスライダ２は田の字のように構成されており、ｘｙスライダ４をｘ方向に動かす場合は、ｘスライダ３をｘ方向に動かすことにより、ｘガイド２ｆ及びステージベース上面１ｆに沿って滑らかに動くことができる。又、ｘｙスライダ４をｙ方向に動かす場合は、ｙスライダ２をｙ方向に動かすことにより、ｙガイド３ｆ及びステージベース上面１ｆに沿って滑らかに動くことができる。

次に、ｙスライダ２に関して説明する。

ｙスライダは、ｘガイド２ｆを含むバー２２、ｘ方向において両側に配置されたｙフット２１，２１’より構成される。ｙフット２１，２１’の下面には真空対応軸受２３がビームベース１ｂ，１ｄの上面に対向して構成されている。１ｂ，１ｄの上面はステージベース上面１ｆと略平行であり、ｙスライダは１ｂ，１ｄ上面の範囲内にて、ｙ方向にはストローク分、ｘ方向及びｚ軸回転方向にも滑らかに動くことができる。又、ｙスライダをｙ方向に駆動するリニアモータ可動子２４ｍが両側に配置されている。リニアモータ可動子２４ｍは永久磁石を内蔵しており、ステージ空間に磁場が漏れないように磁気シールドカバーが取り付けてある。又、ｙスライダをｘ方向に駆動するリニアモータも可動子２４ｍに内蔵されている。詳細な説明は図４にて後述する。

ｙフット２１にはｙ方向位置を計測するための反射ミラー２６、ｘ方向位置を計測するための反射ミラー２６ｘ、ｙフット２１’にはｙ方向位置を計測するための反射ミラー２６’が構成されており、基準板１０１に配置された干渉計システム１２６，１２６’，１２６ｘにより、ｙスライダ２のｘ，ｙ及びｚ軸回転の位置を計測することができる。

同様にｘスライダ３に関して説明する。

ｘスライダは、ｙガイド３ｆを含むバー３２、ｙ方向において両側に配置されたｘフット３１，３１’より構成されている。ｘフット３１，３１’の下面には真空対応軸受３３がビームベース1 ａ，１ｃの上面に対向して構成されている。ビームベース１ａ，１ｃの上面はステージベース上面１ｆと略平行であり、ｘスライダは１ａ，１ｃ上面の範囲内にて、ｘ方向にはストローク分、ｙ方向及びｚ軸回転方向にも滑らかに動くことができる。

又、ｘスライダをｘ方向に駆動するリニアモータ可動子３４ｍが両側に配置されている。このリニアモータ可動子３４ｍは永久磁石を内蔵しており、ステージ空間に磁場が漏れないように磁気シールドカバーが取り付けてある。又、ｘスライダをｙ方向に駆動するリニアモータも可動子３４ｍに内蔵されている。ｘフット３１にはｘ方向位置を計測するための反射ミラー３６、ｘフット３１’にはｙ方向位置を計測するための反射ミラー３６ｙ、ｘ方向位置を計測するための反射ミラー３６’が構成されており、基準板１０１に配置された干渉計システム１３６，１３６’，１３６ｙによりｘスライダ３のｘ，ｙ及びｚ軸回転の位置を計測することができる。

図３にｘスライダ及びｙスライダ制御系の構成図を示す。

ｘスライダ３に対応する干渉計システム１３６，１３６’，１３６ｙの値をｘスライダ演算器１３０を介してｘ，ｙ，ｚ軸回転に変換し、ｘスライダ制御器１３１へのフィードバック信号としている。ｘスライダ制御器よりドライバ指令値が算出され、対応するｘ固定子３４ｓに配置されているコイル列に電流を流すことにより、ｘ方向及びｚ軸回転方向駆動力駆動力ｘｆｘ，ｘｆｘ’及びｙ方向駆動力ｘｆｙが生じる。

ｙスライダ２に対応する干渉計システム１２６，１２６’，１２６ｘの値をｙスライダ演算器１２０を介してｘ，ｙに変換し、ｙスライダ制御器１２１へのフィードバック信号としている。ｙスライダ制御器１２１よりドライバ指令値が算出され、対応するｙ固定子２４ｓに配置されているコイル列に電流を流すことにより、ｙ方向駆動力駆動力ｙｆｙ及びｘ方向駆動力ｙｆｘが生じる。本制御系において、ｘスライダのｚ軸回転を制御的に拘束し、ｙスライダのｚ軸回転はｘスライダ３の回転に倣わせる方式を採用している。

以上のようにｘスライダの３自由度、ｙスライダの２自由度を制御的に拘束することにより、ｘｙスライダの３自由度を制御することができる。このとき、ｘｙスライダのｘ方向はｘスライダのｘ方向位置で、ｙ方向はｙスライダのｙ方向位置で、ｚ軸回転はｘスライダのｚ軸回転でほぼ等価と見なして良い。粗動の各スライダの計測は様々な組み合わせが考えられ、ｘｙスライダを直接干渉計で計測する構成を採ることも可能である。

又、ｙスライダの回転方向位置情報は、本実施の形態では計測値として積極的に用いてないが、例えば回転方向速度情報を積極的に用いて制御的に付加することは可能である。

図４に本発明で使用しているリニアモータをｘスライダ３のリニアモータ３４を例に説明する。

３４は前述したように可動子３４ｍ、固定子３４ｓより構成されており、可動子３４ｍは可動磁石１３４ｍａｇ、磁気シールド１３４ｓｈより構成されていて、固定子３４はコイル列１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ，…がストローク方向に配置され、且つ、それぞれのコイルは２層になっている。真空試料室内にて、コイル列をむき出しにしないようにジャケット１３４ｊがコイル列を覆っている。可動磁石１３４ｍａｇはｙ方向着磁磁石間にｘ方向着磁磁石を交互に挟んでコイル空間の磁束分布を正弦波に近い状態を作っている。

図４（ａ）は駆動力をｘ方向に働かせるときの状態を示しており、コイルｂにはｙ方向最大磁束Byが生じており、このときコイル１３４ｂ＿ｕ及び１３４ｂ＿ｄに同相の電流を流すことにより、ローレンツ力により可動子３４ｍにはｘ方向に力が働く。

図４（ｂ）は駆動力をｙ方向に働かせるときの状態を示しており、コイルｃにはｘ方向最大磁束Ｂｘがコイル１３４＿ｕ及び１３４＿ｄ位置にて逆向きに生じており、このときコイル１３４＿ｕ及び１３４＿ｄに逆相の電流を流すことにより、ローレンツ力により、可動子３４ｍにはｙ方向に力が働く。このｙ方向の力は、ｘ方向の力に比べ弱い可能性があるが、ｙ方向の力はｘスライダの加速には用いないため問題とならない。

図５にｘスライダのｙ方向駆動力及びｙスライダのｘ方向駆動力を与える第２の実施例としての電磁石構成を示している。

ｘスライダ３のｘフット３１，３１’にはｘ駆動力を与えるリニアモータ可動子３４ｍ”、更に３１’にはｙ駆動力を与える電磁石ユニット３４ｍ’が配置されている。３４ｍ’は可動側にＥコア２３４ＥＭ、コイル２３４ｃｏ、磁気シールド２３４ｓｈが、非磁性材２３５によりｘフット３１’に固定されている。又、固定側に磁性体バー１３４Ｉが配置され、非磁性材２３６によりビームベース１ｃに固定されている。電磁石ユニットにおいて、対向するコイルに選択的に通電、制御することで、ｘスライダをｙ方向に駆動することができる。

ｙスライダ２のｙフット２１，２１’にはｙ駆動力を与えるリニアモータ可動子２４ｍ”、更に２１’にはｘ駆動力を与える電磁石ユニット２４ｍ’が配置されている。２４ｍ’は可動側にＥコア２２４ＥＭ、コイル２２４ｃｏ、磁気シールド２２４ｓｈが非磁性材２３５によりｙフット２１’に固定されている。又、固定側に磁性体バー２２４Ｉが配置され、非磁性材２３６によりビームベース１ｄに固定されている。電磁石ユニットにおいて、対向するコイルに選択的に通電、制御することで、ｙスライダをｘ方向に駆動することができる。

次に、図６を用いて各スライダの底面の構成について説明する。

図６（ａ）はスライダを支えるベース構成を説明するために装置全体を裏面より見た図、（ｂ）は底パッド単品図である。

前述したように、ｘｙスライダｙ４１の下面には真空対応軸受４３がステージベース１の上面１ｆに対向して構成され、ｙフット２１，２１’の下面には真空対応軸受２３がビームベース１ｂ，１ｄの上面に対向して構成され、ｘフット３１，３１’の下面には真空対応軸受３３がビームベース１ａ，１ｃの上面に対向して構成されている。それらのパッド詳細は（ｂ）に示す通りであり、多孔質を介して流体が噴出してくる静圧軸受部５１，噴出した流体を雰囲気に流れ出ないようにするためのラビリンス部５２及び回収孔５３より構成されている。ラビリンス部は、流体抵抗を非接触で与えるために複数のランド部５２Ｌと溝部５２ｇで形成されている。

静圧軸受に所望の剛性を得るために、静圧軸受に予圧を掛けることが一般的であり、本実施の形態においては、永久磁石の吸引力により予圧を掛けている。この予圧の掛け方には、真空予圧（但し、雰囲気が大気若しくは減圧雰囲気で用いる場合）や磁石予圧といった単純浮上型予圧と、静圧軸受を対向させて予圧を掛ける拘束型予圧がある。本実施の形態においては、真空雰囲気で使用されるため、磁石予圧による単純浮上型予圧を採用している。

図中において、２９はｙフットに固定した永久磁石、３９はｘフットに固定した永久磁石、４９はｘｙスライダｙに固定した永久磁石であり、それぞれ磁場が漏れないように磁気シールド２９ｓｈ，３９ｓｈ，４９ｓｈに覆われている。拘束型予圧にしないことで、精度保証面を軸受面及びガイド面のみに限定することができる。

一方、拘束型予圧として、ｘｙスライダｘ４２の側壁の内側両側に真空対応軸受４５を形成し、対向するｘガイド２ｆを挟み込む構成も採用しているが、その場合には精度保証面はｘガイド２ｆ両面の平行及びｘｙスライダ側の軸受４５の両側の平行も管理する必要がある。但し、剛性が上がることが期待できる。

又、本実施の形態のように、電子ビーム露光装置にて永久磁石を用いる場合、各永久磁石に磁気シールドで覆う以外に以下のような工夫を行っている。

図６（ａ）において、それぞれの永久磁石が吸引する対象である磁性体の各ベース（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）を磁気的に隔離している。具体的には、ｘｙスライダの予圧磁石４９には１が、ｙスライダの予圧磁石２９には１ｂ，１ｄが、ｘスライダ３の予圧磁石３９には１ａ，１ｃがそれぞれ対応しており、それぞれがある磁気抵抗をもって配置されている。その効果を、図６（ｃ），（ｄ）を用いて説明する。

図６（ｃ）は各ベースを磁気的に隔離していない場合、（ｄ）は隔離した場合である。隔離していないと、複数磁石の作るそれそれの磁気回路Ｌ１以外に、複数磁石間にも磁気回路Ｌ２が形成され、それがシールドｓｈを越えて外部に漏れてしまうが、磁気的に隔離すること（磁気抵抗を十分に高めること）により、複数磁石間に生じる磁束漏れを極力少なくすることが可能となる。

図７はベース構成の第２の実施例を裏面より見たものを示している。

図７において、それぞれの永久磁石が対向するベース１’は一体より構成されており、各スライダの可動領域間にスリット１ｓを設け、複数磁石間の磁気抵抗を高めることにより、複数磁石間に生じる磁束漏れを極力少なくしている。図７に示す構成においては、ベース１’のガイド面１ｆの精度出しは容易である。

図８（ａ）はベース構成の第３の実施例を裏面より見たものを示している。

図８（ａ）において、各スライダの底パッド可動領域は共通ベース１”、各スライダの永久磁石が対向する磁性体ベース１ｍをそれぞれ磁気的に隔離して配置した構成である。図８（ｂ）はｙフット２１を横より見た図であり、ラビリンス部を含むｙ底パッド２３は共通ベース１”の上面１ｆをガイド面としている。又、ｙ底パッドに予圧を与えるための吸引磁石２９及び磁気シールド２９ｓｈは、磁性体ベース１ｍと対向している。図８（ａ）に示すように、ｘｙスライダの吸引磁石は共通ベース１”と対向しているが、共通ベース１”と磁性体ベース１ｍは磁気的に隔離されているため、複数磁石間に生じる磁束漏れを極力少なくすることが可能となる。又、一般に軸受部が対向する面よりも永久磁石が対向する面の方が平面度に関して緩くすることが可能であり、加工・組み立て上有利である。

図９はｘｙスライダの横パッド４４，４５の排気孔５３より回収した流体の流れに関して説明する図である。

電子ビーム露光装置は、既に図１及び図２で説明したように、ｘ方向にアライメントスコープ９９を配置しており、アライメントスコープによりウエハ全面を観察するためには、トップステージがアライメントスコープ直下にてウエハ口径に相当するストロークを有する必要があり、投影光学系中心よりアライメントスコープまでの距離をベースラインと呼ぶ。本構成では、ｘ方向ストローク（Ｘｓｔ）は、ｙ方向ストローク（Ｙｓｔ）よりベースラインだけ長い（Ｘｓｔ＞Ｙｓｔ）。そこで、本実施の形態では以下のような工夫を施している。

即ち、ｙ横パッド４５より噴出した流体は、ラビリンス部溝５３ｇに構成された回収孔５３’より回収される。回収された流体は、配管５５を介してｘ横パッド４４のラビリンス部溝５３ｇに排出される。排出された流体及びｘ横パッド４４より噴出した流体は合流する。合流した流体は、ｘビームに構成された排気孔５３”より回収される。そして、回収された流体は、配管５６を介してｘフット３１，３１’に接続された可撓性のホースにより真空試料室３００外に排出される。ｙ横パッド４４のラビリンス部溝５３ｇは、ｙストロークｙｓｔの長さと同じ又はそれ以上必要である。ｘストロークは更に長いが、本発明では、ｘ横パッド４５の噴出する流体の排出は、ｘｙスライダ側より回収するため、ｘ横パッドのラビリンス部溝５３ｇはｘストロークの長さとｘｓｔと同一である必要がない。従って、ｘｙスライダ構造体の大きさを抑えることが可能である。

次に、本実施の形態のベースホルダ制御系による作用・効果について説明する。

先ず、図１２にウエハ上を複数の電子ビームを走査した際の様子を示す。白丸は、各電子ビームが偏向器３０６により偏向を受けないときにウエハに入射するビーム基準位置（ＢＳ１，ＢＳ２，ＢＳ３）であって、各ビーム基準位置は設計上の直交座標系（Ｘs ，Ｙs ）に沿って配列される。

一方、各電子ビームは、ビーム基準位置を基準としてこれも設計上の直交座標系（Ｘs ，Ｔs ）に沿って走査され、各電子ビーム毎の露光フィールド（ＥＦ１，ＥＦ２，ＥＦ３）を走査する。各電子ビームの露光フィールドが隣接してウエハを露光する。ウエハ３０５を搭載するステージは、２００のようにｙ方向スキャンが支配的な軌跡で動く。

図１４に実際にウエハ３０５を搭載したトップステージ３１０をｙ方向に等速（Ｖy ＝Ｖo ）に駆動するまでの各状態量の時刻歴波形を示す。（ａ）はトップステージのｙ方向速度、（ｂ）はレーザ干渉計４３６の出力値と目標値の偏差、（ｃ）は電磁石コントローラを作用させないでエアマウントコントローラだけのベースホルダのｚ方向変動、（ｄ）は電磁石コントローラも作用させた理想的な場合のベースホルダのｚ方向変動、（ｅ）はその時のウエハ近傍の磁場変動である。

トップステージを所定のスキャン速度（Ｖo ）にするために、リニアモータのｙ固定子２４ｓに通電することで、ｙスライダ２及びｘｙスライダ４を加速する。ウエハを保持するトップステージと一体的に動くｘｙスライダは、ｙスライダ制御器１２１により、目標値に追従するよう動作し、或る時刻（ｔ＝ｔ０）に許容偏差（Δｙtol ）に入る。許容偏差は、本実施の形態の場合は、電子ビームで補正できるレベルに設定してあり、ｔ＝ｔ０より電子ビームによる露光が開始される。ｘｙスライダが駆動されることによって、加速反力や荷重変動により、ベースホルダが大きく揺り動かされ、エアマウントコントローラだけでは、許容量（ΔＺtol ）に入るには時間が掛かってしまう（図ｃ中、ｔ１＞＞ｔ０）。

ところが、電磁石コントローラを作用させることで、ベースホルダの揺れを抑えることができ、許容量（ΔＺtol ）に入る時間を短縮することができる（図ｄ中、ｔ２＜ｔ０）。

更に、そのための電磁石への励磁は加速時間と対応すれば良いため、露光に入る時刻（ｔ０）においては、許容磁場変動（ΔBtol）以下に低減しているので問題ない。

又、電磁石における発熱も図ｅと対応しており、励磁時間は少ないため問題とならない。
本実施の形態においては、露光時の精度保証に関する軸分担を整理すると、ｘ，ｙ及びｚ軸回りは、ｘｙスライダ及び電子ビームが受け持ち、ｚ及びｘ軸回りとｙ軸回りはベースホルダが受け持つことになる。

又、他の実施の形態として、ベースホルダを駆動する制御系の変形例について図１５を用いて説明する。

前述した制御系は指令値に対して、エアマウント４４０により追従する制御系であったが、電磁石ユニット４３４ｍにより追従する制御系を構成しても構わない。但し、定常的に電流がコイルに流れると、発熱及び漏れ磁束も大きくなるので、コイルに流れる電流値をモニターし、その電流値をゼロにするようにエアマウントを作動させることが効果的である。効果は、本質的に図１４で説明した効果と殆ど変わらない。
更に、他の実施の形態として、トップステージが更に、ｚ，θｘ，θｙの自由度を有していても良い。例えば、図１６に示すように、ｘｙ天板４６基準に、水平方向には、板バネ４５０により拘束され、ｚ方向には３本以上の微小変位アクチュエータ４６０を配置する。このとき、計測基準となる計測ミラー４３３とウエハ３０５及びウエハホルダ３１１の相対変動を引き起こすような変形を支持板４７０に与えてはならない。

本構成にすることにより、ベースホルダ制御系では抑え込めない微小振動を制御することができる。

本発明は、ウエハ直接描画又はマスク、レチクル露光のために電子ビームを用いてパターン描画を行う電子ビーム露光装置のベース装置としの利用可能性が高い。

本発明の実施の形態１を示す図である。 本発明の実施の形態１のステージを示す図である。 本発明の実施の形態１のステージ制御系を示す図である。 本発明の実施の形態１のリニアモータを示す図である。 本発明の実施の形態２のステージを示す図である。 本発明の各スライダを支えるベース構成を示す図である。 本発明のベース構成の第２の実施例を示す図である。 本発明のベース構成の第３の実施例を示す図である。 排気構成を示す図である。 従来のステージを示す図である。 マルチ電子ビーム型露光装置の概要を示す図である。 ウエハ上を複数の電子ビームを走査したときの様子を示す図である。 ベースホルダを駆動する制御系を示す図である。 トップステージをｙ方向に等速に駆動するまでの各状態量を示す図である。 ベースホルダを駆動する制御系の第２の実施例を示す図である。 トップステージに関する第２の実施例を示す図である。

符号の説明

1 ，１’，１” ｘｙベース
１ｆ ガイド
１ａ〜１ｄ ビームベース
１ｍ マグネットベース
１ｓ スリット
２ ｙスライダ
２ｆ ｘガイド
２１ ｙフット
２２ ｙビーム
２３ ｙ底パッド
２４ｍ ｙＬＭ可動子
２６ｘ ｙスライダのｘミラー
２６，２６’ ｙミラー
２９ ｙ予圧磁石
３ｘ スライダ
３ｆ ｙガイド
３１ ｘフット
３２ ｘビーム
３３ ｘ底パッド
３４ｍ ｘＬＭ可動子
３６ｙ ｘスライダのｙミラー
３６，３６’ ｘミラー
３８ 排気ホース
３９ ｘ予圧磁石
４ ｘｙスライダ
４１ ｘｙスライダｙ
４２ ｘｙスライダｘ
４３ 底パッド
４４ ｙ横パッド
４５ ｘ横パッド
４６ ｘｙ天板
４９ ｘｙ予圧磁石
５１ 多孔質絞り軸受
５２ ラビリンス
５３ 排気孔
９９ 顕微鏡
１００ 縮小電子光学系
１０１ 基準板
１２６，１３６ 干渉計
１２０ ｙスライダ演算器
１２１ ｙスライダ制御器
１３０ ｘスライダ演算器
１３１ ｘスライダ制御器
１３４ｃ＿ｕ ｃ相ｙ＋コイル
１３４ｃ＿ｄ ｃ相ｙ−コイル
１３４ｍａｇ 可動マグネット列
１３４ｓｈ 磁気シールド
２４ｍ’ ｘ電磁石ユニット
２４ｍ” ｙ１軸リニアモータ
３４ｍ’ ｙ電磁石ユニット
３４ｍ” ｘ１軸リニアモータ
２２４ＥＭ ｘ電磁石
２３４ＥＭ ｙ電磁石
２２４Ｉ ｘ電磁石Ｉコアバー
２３４Ｉ ｙ電磁石Ｉコアバー
２２４ｓｈ，２３４ｓｈ 磁気シールド
２３５ 電磁石取付部材
２３６ Ｉコア取付部材
３０５ ウエハ
３１０ トップステージ
４０１ ベースホルダ
４４０ エアマウント
４３４ｍ 電磁石ユニット
４３７ ｚ干渉計

Claims (9)

1. 電子ビームを単数若しくは複数用いた露光装置であって、投影光学系を保持する計測基準、或るパターンが露光される基板、基板を搭載するトップステージ、トップステージを搭載し、光軸方向（ｚ）と直交する平面上（ｘ，ｙ）を可動する運搬ステージ、運搬ステージを搭載するステージベース、前記計測基準よりステージベースの少なくともｚ及びｘ軸回りとｙ軸回り方向の位置を計測する計測手段、前記計測手段の値に基づき前記ステージベースを少なくともｚ及びｘ軸回りとｙ軸回り方向に駆動する複数の力発生手段、前記運搬ステージ、ステージベース及び力発生手段は第１の磁気シールドで覆われている前記力発生手段は電磁力であり、前記力発生手段は第２の磁気シールドにより覆われている前記力発生手段と並列に前記ステージベースに作用する支持力発生手段を含むことを特徴とするステージ装置。
2. 前記支持力発生手段は、エアシリンダであることを特徴とする請求項１記載のステージ装置
3. 前記力発生手段は、電磁石型であり、励磁用のコイル及び前記第２の磁気シールドは固定側に配置されたことを特徴とする請求項１記載のステージ装置。
4. 前記トップステージは、少なくとも基板をｚ、ｘ軸回り、ｙ軸回り方向に微小量駆動することができる駆動手段を有することを特徴とする請求項１記載のステージ装置。
5. 電子ビームを単数若しくは複数用いた露光装置であって、投影光学系を保持する計測基準、或るパターンが露光される基板、基板を搭載するトップステージ、トップステージを搭載し、光軸方向（ｚ）と直交する平面上（ｘ，ｙ）を可動する運搬ステージ、運搬ステージを搭載するステージベース、前記計測基準より、ステージベースの少なくともｚ及びｘ軸回りとｙ軸回り方向の位置を計測する計測手段、前記計測手段の値に基づき前記ステージベースを少なくともｚ及びｘ軸回りとｙ軸回り方向に駆動する複数の力発生手段、前記運搬ステージ、ステージベース及び力発生手段は第１の磁気シールドで覆われており、前記力発生手段は電磁力であり、前記力発生手段は第２の磁気シールドにより覆われており、前記力発生手段は、前記運搬ステージを介して前記投影光学系とは反対側に配置されていることを特徴とするステージ装置。
6. 前記力発生手段と並列に前記ステージベースに作用する支持力発生手段を有することを特徴とする請求項５記載のステージ装置。
7. 前記支持力発生手段は、エアシリンダであることを特徴とする請求項６記載のステージ装置。
8. 前記力発生手段は、電磁石型であり、励磁用のコイル及び前記第２の磁気シールドは固定側に配置されたことを特徴とする請求項６記載のステージ装置。
9. 前記トップステージは、少なくとも基板をｚ、ｘ軸回り、ｙ軸回り方向に微小量駆動することができる駆動手段を有することを特徴とする請求項６記載のステージ装置。

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