JP2008182210A - ステージ装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１ステージとその上に搭載される第２ステージとを含むステージ装置において、駆動用のアクチュエータの発熱を低減する。
【解決手段】第２ステージは第１ステージの上に搭載される。第１アクチュエータは第１ステージを第１方向に駆動する。第２アクチュエータは、第１ステージに対して第２ステージが相対的に移動するように第２ステージを駆動する。第１ユニットは、第１ステージの第１方向の端部に配置された第１可動磁石と、第１ステージが第１方向の移動ストロークの一端に位置するときに及び第１可動磁石に対面するように配置されて第１可動磁石に対して斥力を発生する第１固定磁石と、を含む。第２ユニットは、第２ステージの第１方向の両端部に配置された第２可動磁石と、第１ステージが第１方向の移動ストロークの一端に位置するときに第２可動磁石に対面するように配置されて第２可動磁石に対して斥力を発生する第２固定磁石と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステージ装置、露光装置及びデバイス製造方法に関する。

従来技術として、特許文献１には、反発磁石ユニットを搭載した位置決めステージ装置が示されている。

図１１（ａ）は、従来例の位置決めステージ装置の斜視図である。この位置決めステージ装置では、本体ベースにベースガイド１０１が固定され、ベースガイド１０１に対して一軸方向に移動可能なように、工作物１０２を搭載するステージ１０３が支持されている。ステージ１０３の姿勢は、ベースガイド１０１の上面とステージ１０３の下面との間に配置される軸受けで規制される。ステージ１０３の両側にはリニアモータ可動子１０５が固定される。リニアモータ固定子１０６がリニアモータ可動子１０５に非接触で対面し、リニアモータ固定子１０６は本体ベースに固定されている。レーザ干渉計からの光を反射ミラー１１６に照射することによって、ステージ１０３の位置が計測される。

この位置決めステージ装置は図１１（ｂ）に示す反発磁石ユニットを備えており、ステージ１０３の前後には可動磁石ホルダ１３１と可動磁石１３２とからなる反発可動子１３３が固定されている。可動磁石１３２は鉛直方向に着磁された板状の単極永久磁石である。この従来例では、上がＮ極に着磁されている。この反発可動子１３３はベースガイド１０１上に配置された反発固定子１３５と相互に作用してステージ１０３に斥力を与え、ステージ１０３を加減速するように作用する。

この反発磁石ユニットは、可動磁石１３２の各々の磁極面に対して両側から上下磁石１３７で挟み込む構成にすることで、対面方向の斥力を相殺することが出来る。反発可動子１３３に対応して、ステージ１０３に加減速力を与える反発固定子１３５がベースガイド上に固定されている。反発固定子１３５はステージ１０３のストロークの両端に１ユニットずつ設けられる。

また上下磁石１３７の間隔は可動磁石１３２の厚さより少し大きく取られ、両横ヨーク１３８の内側間隔は可動磁石１３２の幅より広く取ってある。可動磁石１３２が上下一対の磁石１３７の間及び両横ヨーク１３８の間に形成される穴に、非接触で挿入できるようになっている。

反発可動子１３３が点線の位置にいる時、反発可動子１３３は矢印の方向の反発力を受けるようになっている。反発可動子１３３が点線の位置から矢印の方向に斥力を受けて押し出されるに従い反発力は減少し、反発可動子１３３が反発固定子１３５からある程度離れると反発力はゼロになる。その時ステージ１０３は最大速度まで加速されており、軸受けによってガイドされているのでそのままの速度で反対側まで移動する。

空気抵抗や軸受けによる減速に対して、リニアモータ可動子１０５が力を発生することで速度を維持する。ステージ１０３の反対側に設けられた反発可動子１３３が、もう一端の反発固定子１３５と相互作用するまでステージの運動エネルギーは保存される。したがってステージの反対側の反発可動子１３３も、図１３（ｂ）の前記点線で示した位置における挿入量と同じ量だけもう一端の反発固定子１３５に挿入された状態で速度がゼロになる。

また、近年の露光装置に搭載されるステージ装置では、スループットを向上させるために更に大きな加速度での駆動が要求される一方で、半導体は益々微細化するために更なる高精度で位置決めすることが望まれている。そこで、長ストローク移動のための粗動ステージと精密位置決めのための微動ステージからなる粗微動構成のステージ装置などが提案されてきた。
特開２００４−７９６３９号公報

しかし従来の位置決めステージ装置では、粗動ステージを大加速度で駆動した際に、微動ステージのリニアモータの発熱が大きいという欠点があった。微動ステージのリニアモータはローレンツ力を利用したもので、他のアクチュエータと比較すると、応答性、振動絶縁性に優れるが発熱が大きい。発熱が問題になるのは加速減速時である。走査露光では粗動ステージをまず加速し、粗動ステージは最大速度に到達したら一定速度で走行しつつ露光処理が成され、露光処理が終了したら粗動ステージを減速するということが繰り返される。粗動ステージの加速と減速の際に、「微動ステージの質量×加速度」だけの推力を、微動リニアモータで与えなければならない。したがって、粗動ステージを加速又は減速する時に、微動リニアモータが発熱し周辺の空気がゆらぐことで干渉計の計測誤差を招いたり、微動リニアモータの発熱により微動ステージが変形するなどして、微動ステージの位置決め精度が悪化する。あるいは、微動ステージの発熱を抑えるために、粗動ステージの加速度が制限されてしまいスループットの低下を招くなどの問題があった。

また、粗動ステージと微動ステージとの間の加減速力の伝達手段として、電磁石の力による電磁継ぎ手が提案されているが、粗動ステージを大加速する際に発生する加速力を伝達する為には、電磁継ぎ手への投入電力が増大し発熱が増大する。さらに、電磁継ぎ手が大きくなり粗動ステージの質量が大きくなってしまう、又は、微動ステージの形状が複雑化し、サーボゲインの周波数帯域を上げることが困難になるという問題があった。

本発明は、第１ステージとその上に搭載される第２ステージとを含むステージ装置において、駆動用のアクチュエータの発熱を低減することを目的とする。

本発明のステージ装置は、第１ステージと、前記第１ステージを第１方向に駆動する第１アクチュエータと、前記第１ステージの上に搭載される第２ステージと、前記第１ステージに対して前記第２ステージが相対的に移動するように前記第２ステージを駆動する第２アクチュエータと、前記第１ステージの前記第１方向の端部に配置された第１可動磁石と、前記第１ステージが前記第１方向の移動ストロークの一端に位置するときに及び前記第１可動磁石に対面するように配置されて前記第１可動磁石に対して斥力を発生する第１固定磁石と、を含む第１ユニットと、前記第２ステージの前記第１方向の両端部に配置された第２可動磁石と、前記第１ステージが前記第１方向の移動ストロークの一端に位置するときに前記第２可動磁石に対面するように配置されて前記第２可動磁石に対して斥力を発生する第２固定磁石と、を含む第２ユニットと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、第１ステージとその上に搭載される第２ステージとを含むステージ装置において、駆動用のアクチュエータの発熱を低減することができる。

［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態におけるステージ装置の平面図、図２は図１のα方向から見た側面図（断面図）、図３は図１のβ方向から見た正面図、図４は斥力発生ユニットを示す斜視図である。このステージ装置は、本体ベース１にベースガイド２が固定され、ベースガイド２に対して一軸方向に移動可能なように、工作物３を搭載する粗動ステージ４（第１ステージ）が支持されている。粗動ステージ４の姿勢は、本体ベース１の上面と粗動ステージ４の下面との間に配置される軸受け１４で規制される。高精度な位置決め精度が求められる露光装置では、軸受け１４として空気軸受けが採用される。粗動ステージ４の両側には粗動用リニアモータ可動子５が固定される。粗動用リニアモータ可動子５には粗動用リニアモータ固定子６が非接触で対面し、粗動用リニアモータ固定子６は本体ベース１に固定されている。粗動用リニアモータ可動子５及び粗動用リニアモータ固定子６は、粗動ステージである第１ステージをY方向（第１方向）に駆動する第１アクチュエータを構成している。第１アクチュエータはリニアモータに限定されない。また、第１方向はX方向でも差し支えない。粗動ステージ４の位置はレーザ干渉計からの光を粗動用反射ミラー１６に照射して計測される。

粗動ステージ４の上に微動用Ｘリニアモータ１７〜２５及び不図示の自重補償機構を介して、工作物３を搭載する微動ステージ１５（第２ステージ）が６軸方向に移動可能なように搭載されている。

図２に示すように、微動ステージ１５と粗動ステージ４の間には微動用Ｘリニアモータ固定子１８と微動用Ｘリニアモータ可動子１９からなる微動用Ｘリニアモータ１７が２個配置されている。そして、微動用Ｙリニアモータ固定子２１と微動用Ｙリニアモータ可動子２２からなる微動用Ｙリニアモータ２０が２個配置されている。さらに、微動用Ｚリニアモータ固定子２４と微動用Ｚリニアモータ可動子２５からなる微動用Ｚリニアモータ２３が３個配置されている。この場合、微動用Yリニアモータが、粗動ステージである第１ステージに対して微動ステージである第２ステージが相対的に移動するように第２ステージをY方向（第１方向）に駆動する第２アクチュエータを構成している。第２アクチュエータはリニアモータに限定されない。また、第１方向はX方向でも差し支えない。

各リニアモータ可動子には各リニアモータ固定子が非接触で対面し、各リニアモータ固定子は粗動ステージ４の上面に、各リニアモータ可動子は微動ステージ１５の下面に固定されている。微動ステージ１５の位置はレーザ干渉計からの光を微動用反射ミラー２６に照射して計測される。リニアモータは非接触で、いわゆるローレンツ力により推力を発生するものである。このリニアモータを用いて、微動ステージ１５はＸ、Ｙ、Ｚ、ωx、ωy、ωzの６軸を精密に位置決めされている。さらに、不図示の自重補償機構が、微動ステージ１５の自重を支持している。このため前述の微動用Ｚリニアモータ２３は、微動ステージ１５の自重を支持するための推力を発生する必要がなく目標位置からのずれを補正するためのわずかな力のみを発生すればよいようになっている。

このステージ装置は図４に示す粗動用斥力発生ユニット（第１ユニット）及び微動用斥力発生ユニット（第２ユニット）を備えている。粗動ステージ４のY方向の両端部には粗動用可動磁石ホルダ８と粗動用可動磁石９からなる粗動用反発可動子７（第１可動磁石）が固定されている。粗動用可動磁石９は鉛直方向に着磁された板状の単極永久磁石である。この実施形態では、上がＮ極に着磁されている。この粗動用反発可動子７は、ベースガイド２上に配置された粗動用反発固定子１０（第１固定磁石）と相互に作用して粗動ステージ４に斥力を与え、粗動ステージ４を加減速するように作用する。すなわち、粗動用反発可動子７（第１可動磁石）と粗動用反発固定子１０（第１固定磁石）とで粗動用斥力発生ユニット（第１ユニット）を構成している。

同様に、微動ステージ１５のY方向の両端部には微動用可動磁石ホルダ２８と微動用可動磁石２９からなる微動用反発可動子（第２可動磁石）２７が固定されている。微動用可動磁石２９は鉛直方向に着磁された板状の単極永久磁石である。この実施例では、上がＮ極に着磁されている。この微動用反発可動子２７は、ベースガイド２上に配置された微動用反発固定子（第２固定磁石）３０と相互に作用して微動ステージ１５に斥力を与え、微動ステージ１５を加減速するように作用する。すなわち、微動用反発可動子２７（第２可動磁石）と微動用反発固定子３０（第２固定磁石）とで微動用斥力発生ユニット（第２ユニット）を構成している。

斥力発生ユニットの上記の構成で特徴的なのは、斥力を発生する方向と永久磁石の着磁方向が直交している点である。例えばＹ方向に着磁された磁石の同じ極同士を対面させてもＹ方向の斥力を得ることはできるが、これでは斥力を発生できる距離が非常に短く、粗動ステージ４は十分な速度に到達することが出来ない。図４に示すように同極磁石を対面させて、対面方向と直角方向に発生する力を利用することで、対面させる同極磁石の寸法に応じた力発生ストロークを得ることが出来る。この粗動用斥力発生ユニットは粗動用可動磁石９の各々の磁極面に対して両側から上下磁石１２で挟み込む構成にすることで、対面方向の斥力を相殺することが出来る。同様に、微動用斥力発生ユニットは微動用可動磁石２９の各々の磁極面に対して両側から上下磁石３２で挟み込む構成にすることで、対面方向の斥力を相殺することが出来る。

今、粗動ステージ４の質量をＭ、微動ステージ１５の質量をmとする。各ステージの加速度をaとする。粗動ステージ４を加速度aで加速する為に必要な力Ｆ、及び、微動ステージ１５を加速度aで加速する為に必要な力fは、以下の式（１）及び（２）でそれぞれ表すことができる。
Ｆ=Ｍ×a ・・・・・・・・（１）
ｆ=ｍ×a ・・・・・・・・（２）
加速度aは同じなので、発生させるべき力は、下記の式（３）で示されるように、質量比となる。
Ｆ：ｆ= Ｍ：ｍ・・・・・・（３）
すなわち、粗動用斥力発生ユニットが発生する斥力と微動用斥力発生ユニットが発生する斥力との比が、粗動ステージ４の質量と微動ステージ１５の質量との比となるように各斥力発生ユニットの同極磁石の寸法を決定する。

図５は、粗動用斥力発生ユニット及び微動用斥力発生ユニットを上から見た図をそれぞれ並べたものである。説明の都合上、上ヨーク、上磁石は省略している。

図５で示すように、粗動用可動磁石９のＸ方向の寸法（幅）をＡ１、Ｙ方向の寸法（長さ）をＡ２とし、微動用可動磁石２９のＸ方向の寸法（幅）をＢ１、Ｙ方向の寸法（長さ）をＢ２とする。

本実施形態では、斥力発生ユニットの磁石の寸法を、下記（４）、（５）のようにした。
Ａ２=Ｂ２ ・・・・・・・（４）
Ａ１：Ｂ１=Ｍ：ｍ ・・・（５）
すなわち、Ｙ方向における粗動用可動磁石９の寸法（長さ）と微動用可動磁石２９の寸法（長さ）とが同一である。また、Ｙ方向に垂直なＸ方向における粗動用可動磁石９の寸法（幅）と微動用可動磁石２９の寸法（幅）と比は、粗動ステージ４の質量と微動ステージの質量との比に等しい。そうすると、粗動用及び微動用の斥力発生ユニットが発生させる斥力Ｆ及びｆは、下記（６）のようになり、質量Ｍの粗動ステージと質量ｍの微動ステージとが同じ加速度aで加速される。
Ｆ：ｆ=Ｍ：ｍ・・・・・・（６）
同様に、反発可動子の大きさや厚さを変える、反発固定子の対向する磁石の大きさや厚さを変える、反発可動子の挿入量を変える、などの方法によって微動用斥力発生ユニットと粗動用斥力発生ユニットが発生する斥力を変えることができる。このような方法で、微動用斥力発生ユニットが発生する斥力と粗動用斥力発生ユニットが発生する斥力との比が微動ステージの質量と粗動ステージの質量との比となるように各斥力発生ユニットの同極磁石の寸法を決定してもよい。

こういった構成をとることで、各斥力発生ユニットにより、各ステージは同じ加速力を発生することができる。したがって、粗動ステージ４と微動ステージ１５との相対速度は０となり、微動用Ｙリニアモータ可動子２２は力を発生する必要がなくなり、微動用リニアモータからの発熱を抑えることができる。

図３に示すように、上記粗動用反発可動子７に対応して、粗動ステージ４に加減速力を与える粗動用反発固定子１０がベースガイド２上に固定されている。同様に、微動用反発可動子２７に対応して、微動ステージ１５に加減速力を与える微動用反発固定子３０もベースガイド２上に固定されている。粗動用反発固定子１０及び微動用反発固定子３０はベースガイド２のストロークの両端に１ユニットずつ設けられる。

図４は、斥力発生ユニットのみを抜き出して示している斜視図である。粗動用反発固定子１０は、組磁石として、上ヨーク１１、上磁石１２、両側の横ヨーク１３、下磁石１２、及び下ヨーク１１から構成される。上下磁石１２は粗動用反発可動子７と同様に鉛直方向に着磁された板状単極永久磁石である。ただし、極は粗動用反発可動子７と同じ極が対面するように配置される。つまり上磁石の１２の下面はＮ極、下磁石の１２の上面はＳ極になるように配置される。上ヨーク１１、横ヨーク１３、及び下ヨーク１１は上下磁石１２の磁束を側方経由で循環させるために設けられている。また、上下磁石１２の間隔は粗動用可動磁石９の厚さより少し大きい間隔とされ、両横ヨーク１３の内側間隔は粗動用可動磁石９の幅より広く取られている。粗動用可動磁石９が上下一対の磁石１２の間及び両横ヨーク１３の間に形成される穴に、非接触で挿入できるようになっている。

同様に、微動用反発固定子３０は、組磁石として、上ヨーク３１、上磁石３２、両側の横ヨーク３３、下磁石３２、及び下ヨーク３１から構成される。上下磁石１２は粗動用反発可動子７と同様に鉛直方向に着磁された板状の単極永久磁石である。ただし、微動用反発固定子３０の極は微動用反発可動子２７と同じ極が対面するように配置される。つまり上磁石の３２の下面はＮ極、下磁石の３２の上面はＳ極になるように配置される。上ヨーク３１、横ヨーク３３、及び下ヨーク３１は上下磁石３２の磁束を側方経由で循環させるために設けられている。また、上下磁石３２の間隔は微動用可動磁石２９の厚さより少し大きい間隔とされ、両横ヨーク３３の内側間隔は微動用可動磁石２９の幅より広く取られている。微動用可動磁石２９が、上下一対の磁石３２の間及び両横ヨーク３３の間に形成される穴に、非接触で挿入できるようになっている。

粗動用反発可動子７が点線の位置にいる時、及び微動用反発可動子２７が点線の位置にいる時、反発可動子７，２７は矢印の方向の斥力を受けるようになっている。粗動用反発可動子７が点線の位置から矢印の方向に斥力を受けて押し出されるに従い斥力は減少し、粗動用反発可動子７が粗動用反発固定子１０からある程度離れると斥力はゼロになる。その時粗動ステージ４は最大速度まで加速されており、軸受け１４によってガイドされているのでそのままの速度で反対側まで移動する。同様に、微動用反発可動子２７が点線の位置から矢印の方向に斥力を受けて押し出されるに従い斥力は減少し、微動用反発可動子２７が微動用反発固定子３０からある程度離れると斥力はゼロになる。その時微動ステージ１５は最大速度まで加速されており、微動ステージ１５と粗動ステージとの相対速度は０となり、そのままの速度で反対側まで移動する。

粗動ステージ４の空気抵抗や軸受けによる減速に対し、粗動用リニアモータ可動子５が力を発生することで速度を維持する。また、微動ステージ１５の空気抵抗や実装外乱などによる減速に対し、微動用Ｙリニアモータ可動子２２が力を発生することで速度を維持する。粗動ステージ４の反対側に設けられた粗動用反発可動子７及び微動ステージ１５の反対側に設けられた微動用反発可動子２７が、もう一端の粗動用反発固定子１０及び微動用反発固定子３０と相互作用するまでステージの運動エネルギーは保存される。そこで、粗動ステージ４の反対側の粗動用反発可動子７及び微動ステージ１５の反対側の微動用反発可動子２７も、図４の点線で示した位置における挿入量と同じ量だけもう一端の粗動用反発固定子１０及び微動用反発固定子３０に挿入された状態で速度がゼロになる。

また、ステージの加減速時の粗動用斥力発生ユニットと微動用斥力発生ユニットとの間の磁気的な作用による力の干渉を防ぐ為に、図２に示すように磁気シールド４６が各斥力発生ユニットの上下に配置されることが望ましい。さらに、この磁気シールド４６は、軟鉄、パーマロイ、ケイ素鋼など高透磁率材料であることが望ましい。

図６に示すように粗動ステージ４の重心３４と、粗動用反発可動子７と粗動用反発固定子１０の作用点をそれに合わせる。すなわち、粗動用の斥力発生ユニットが発生する斥力の作用線が粗動ステージとそれに装着された部材との全体の重心位置を通過するように設ける。そうすることで、斥力による回転成分を抑圧できる。また、微動ステージ１５の重心３６と、微動用反発可動子２７と微動用反発固定子３０の作用点をそれに合わせることで、斥力による回転成分を抑圧できる。これにより、粗動ステージ４と微動ステージ１５とが受ける斥力の誤差を抑えることができ、さらに微動用リニアモータの発熱を低減できる効果がある。

図７に第一の実施形態の駆動部を示す。電源オン時に、（ａ）の状態にあったとする。（ｂ）では、リニアモータに電流を通電して、初期位置（反発開始位置）から一番遠い位置まで駆動する。これは、次に粗動ステージ４及び微動ステージ１５を初期位置（反発開始位置）まで駆動する際の加速区間を確保するためである。

（ｃ）では、粗動ステージ４及び微動ステージ１５を初期位置（反発開始位置）まで加速駆動する。そして、粗動用反発可動子７が粗動用反発固定子１０の所定の位置まで挿入されるように、また微動用反発可動子２７が微動用反発固定子３０の所定の位置まで挿入されるようにする。１回の加速動作で粗動用反発可動子７が粗動用反発固定子１０の所定の位置まで、また微動用反発可動子２７が微動用反発固定子３０の所定の位置まで挿入されない場合は、加速しながら何回か往復運動させる。そして、粗動用反発可動子７が粗動用反発固定子１０の所定の位置まで、また微動用反発可動子２７が微動用反発固定子３０の所定の位置まで挿入されるまで加速駆動する。

（ｄ）では、粗動用反発可動子７が粗動用反発固定子１０の所定の位置まで、また微動用反発可動子２７が微動用反発固定子３０の所定の位置まで挿入される（反発開始位置）。そして、速度ゼロになり停止した時点で斥力による加速力が粗動ステージ４及び微動ステージ１５に作用し反対向きに駆動される。

（ｅ）では、粗動用反発可動子７と粗動用反発固定子１０が次第に離れていき、また微動用反発可動子２７と微動用反発固定子３０が次第に離れていき斥力が作用しなくなり、粗動ステージ４と微動ステージ１５は定速で駆動される。空気抵抗や軸受けによる減速に対し、リニアモータ可動子５及び微動用Ｙリニアモータ２０が力を発生することで一定速度を維持する。

（ｆ）では、粗動ステージ４及び微動ステージ１５が反対側のストロークエンドに到達する。粗動用反発可動子７と粗動用反発固定子１０が、また微動用反発可動子２７と微動用反発固定子３０が再び作用し合い、斥力により減速力が働きステージはやがて速度ゼロの状態で停止する。

（ｇ）では再び斥力による加速力が粗動ステージ４及び微動ステージ１５に作用し反対向きに駆動される。（ｈ）の状態を経て、（ｉ）では粗動用反発可動子７と粗動用反発固定子１０が、また微動用反発可動子２７と微動用反発固定子３０が再び作用し合い斥力により減速力が働きステージはやがて速度ゼロの状態で停止する。

これ以降は（ｄ）〜（ｉ）の状態を繰り返し、ステージが反発固定子間を往復運動する。

加減速力は粗動ステージ４及び微動ステージ１５は共に永久磁石の斥力で発生させるので、粗動用リニアモータ及び微動用Ｙリニアモータ２０に流す電力は少なくてすむため、発熱を抑えることができる。さらに省電力が達成できる。

図８に第１の実施形態の制御ブロック図を示す。斥力発生ユニットの磁石の着磁ムラや寸法誤差、又はステージの重心ずれやなどが原因で、粗動用斥力発生ユニットが発生する斥力による粗動ステージの加速度と微動用斥力発生ユニットが発生する斥力による微動ステージの加速度に差が出てしまう場合がある。そういった場合、図８で示すように、微動ステージの加速度と粗動ステージの加速度の差分を粗動ステージ用リニアモータで変更するのが望ましい。こうすることで、微動用リニアモータに余分に流す電力は少なくてすむため、微動用リニアモータからの発熱を抑えることができる。しかし、同様にステージ間の加速度の差分を微動用リニアモータで変更することもできるし、粗動用リニアモータ及び微動用リニアモータの両方を用いて変更してもよい。すなわち、ステージ間の加速度の差分を粗動用リニアモータ及び微動用リニアモータの少なくとも一方を用いて変更する。

なお、粗動用及び微動用の斥力発生ユニットは、一対の固定永久磁石間に可動永久磁石を挿入する構成を一例として挙げたが、この構成にかぎるものではない。また、斥力発生ユニットはステージの両端に設けられることが好ましいが、ステージの一端のみに設ける構成であってもよい。すなわち斥力発生ユニットは、ステージに設けられた可動磁石と、ステージの移動ストロークの端部に設けられ、この端部において可動磁石と対向するように設けられる固定磁石とを有する。そして、可動磁石と固定磁石との間に働く反発力を利用して前記ステージに力を付与するものであればよい。

［第２の実施形態］
図９(a)は本発明の第２の実施形態におけるステージ装置の平面図、(b)は反発固定子駆動部３８を示す。斥力発生ユニットによる粗動ステージ４及び微動ステージ１５の加減速動作は実施例１と同じである。

半導体露光装置のレチクルステージに適用した場合、粗動用反発可動子７及び微動用反発可動子２７の挿入量を変えることで粗動ステージ４及び微動ステージ１５は最大速度を変えることが出来る。つまり露光中のドーズ量を変えたい場合には図７(d)における粗動用反発可動子７を粗動用反発固定子１０内へ挿入する量を、また微動用反発可動子２７を微動用反発固定子３０へ挿入する量を変えればよい。

また、工作物３であるレチクル全体のパターンを露光しない場合、例えば半分とか一部だけを露光する場合もある。この場合は往復運動する粗動ステージ４及び微動ステージ１５の加減速を開始する位置を変更する必要がある。先の図７の動作説明では、粗動用反発固定子１０及び微動用反発固定子３０の位置はベースガイド２上の両端に固定であるとして説明してきた。

図９(b)には、一般的に知られているネジ送り機構で粗動用反発固定子１０及び微動用反発固定子３０の位置を変更できる、反発固定子駆動部（固定磁石の駆動部）３８の構成を示す。ベースガイド２に、モータ３９と送りネジ支持部４２が固定される。モータが回転すると同軸上に連結された送りネジ４０が回転し、送りネジナット４１を介して粗動用反発固定子１０及び微動用反発固定子３０の位置を変更できる。粗動用反発固定子１０及び微動用反発固定子３０の位置はモータに内蔵したエンコーダで検出できる。

こうした構成によれば、往復運動する粗動ステージ４及び微動ステージ１５の加減速を開始する位置を変更することが可能となり、レチクルの一部を露光したい場合などに即座に対応できる。
［第３の実施形態］
半導体の微細化が進む中で、ステージはますますの高速化、高精度化が求められているため、従来の粗微動構成では必要とされるステージのサーボ帯域を確保するのが困難となりつつある。そこで、ステージの高速化、高精度化に対応したステージシステムを提供するため、チルト及びＺ方向に加えてＸＹ平面方向にも位置決めが可能なガイドレスの６自由度の平面ステージが考案されている。（特開２００４−２５４４８９号公報）
図１０は、第３の実施形態におけるステージ装置の構成を表す図であり、(a)図は側面図（断面図）、(b)図は粗動ステージ４の上面図である。微動ステージ１５と粗動ステージ４の間が平面モータ４３で構成されている。平面モータ４３は固定子としてのコイル群４４及び可動子としての磁石４５から構成されている。

図１０(a)に示す位置決め装置には、粗動ステージ４の上面に格子状に固定子としてのコイル群４４が配置されており、微動ステージ１５の下部にも同様に格子状に可動子としての磁石４５が配置されている。固定子コイル群４４の少なくとも１つに電流を流すことで、ローレンツ力により推力を得て駆動され、６自由度の推力を得ることができる。微動ステージ１５の位置はレーザ干渉計からの光を微動用反射ミラー２６に照射して計測される。この平面モータを用いて、微動ステージ１５をＸ、Ｙ、Ｚ、ωx、ωy、ωzの６軸を精密に位置決めされている。さらに、不図示の自重補償機構が、微動ステージ１５の自重を支持している。このため前述の平面モータ４３は、微動ステージ１５の自重を支持するための推力を発生する必要がなく目標位置からのずれを補正するためのわずかな力のみを発生すればよいようになっている。

このような平面モータを用いた粗微動構成のステージにおいても、大加速時のモータの発熱は問題となる。そこで第３の実施形態の位置決めステージ装置も、図１０(a)に示す粗動用斥力発生ユニット及び微動用斥力発生ユニットを備えており、粗動ステージ４の前後には粗動用可動磁石ホルダ８と粗動用可動磁石９からなる粗動用反発可動子７が固定されている。粗動用可動磁石９は鉛直方向に着磁された板状の単極永久磁石である。この粗動用反発可動子７は、ベースガイド２上に配置された粗動用反発固定子１０と相互に作用して粗動ステージ４に斥力を与え、粗動ステージ４を加減速するように作用する。同様に、微動ステージ１５の前後には微動用可動磁石ホルダ２８と微動用可動磁石２９からなる微動用反発可動子２７が固定されている。微動用可動磁石２９は鉛直方向に着磁された板状の単極永久磁石である。この微動用反発可動子２７は、ベースガイド２上に配置された微動用反発固定子３０と相互に作用して微動ステージ１５に斥力を与え、微動ステージ１５を加減速するように作用する。斥力発生ユニットによる粗動ステージ４及び微動ステージ１５の加減速動作は第１の実施形態と同じである。

このような構成をとることで、加減速力は粗動ステージ４及び微動ステージ１５は共に永久磁石の斥力で発生させるので、不図示の粗動用リニアモータ及び微動用平面モータ４３に流す電力は少なくてすむため、発熱を抑えることができる。さらに省電力が達成できる。
［露光装置の実施形態］
以下、本発明のステージ装置が適用される例示的な露光装置を説明する。露光装置は図１２に示すように、照明装置５０１、レチクルを搭載したレチクルステージ５０２、投影光学系５０３、基板を搭載した基板ステージ５０４とを有する。露光装置は、レチクルに形成された回路パターンを基板に投影露光するものであり、ステップアンドリピート投影露光方式又はステップアンドスキャン投影露光方式であってもよい。

照明装置５０１は回路パターンが形成されたレチクルを照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、例えば、光源としてレーザを使用する。レーザは、波長約193nmのArFエキシマレーザ、波長約248nmのKrFエキシマレーザ、波長約153nmのF2エキシマレーザ等を使用することができる。しかし、レーザの種類はエキシマレーザに限定されず、例えば、YAGレーザを使用してもよいし、そのレーザの個数も限定されない。光源にレーザが使用される場合、レーザ光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザ光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部に使用可能な光源はレーザに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

照明光学系はマスクを照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。投影光学系５０３は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。

レチクルステージ５０２及び基板ステージ５０４は、リニアモータによって移動可能であり、例えば第１〜３の実施形態に示されるステージ装置が使用される。ステップアンドスキャン投影露光方式の場合には、それぞれのステージは同期して移動する。

このような露光装置は、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うる。
［デバイス製造の実施形態］
次に、図１３及び図１４を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１３は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。

ステップＳ１（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Ｓ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてレチクル（マスク）を製作する。ステップＳ３（基板製造）ではシリコン等の材料を用いて基板を製造する。ステップＳ４（基板プロセス）は前工程と呼ばれ、レチクルと基板を用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用して基板上に実際の回路を形成する。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４によって作製された基板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Ｓ６（検査）では、ステップＳ５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、それが出荷（ステップＳ７）される。

図１４は、ステップ４の基板プロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、基板の表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、基板の表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（電極形成）では、基板上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、基板にイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、基板に感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンを基板に露光する。ステップＳ１７（現像）では、露光した基板を現像する。ステップＳ１８（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Ｓ１９（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基板上に多重に回路パターンが形成される。

第１の実施形態におけるステージ装置の平面図である。 第１の実施形態におけるステージ装置の断面図である。 第１の実施形態におけるステージ装置の正面図である。 第１の実施形態における斥力発生ユニットの斜視図である。 第１の実施形態における斥力発生ユニットの上面図である。 第１の実施形態におけるステージ装置の側面図である。 第１の実施形態におけるステージ装置の駆動を説明する図である。 第１の実施形態におけるステージ装置の制御ブロック図である。 第２の実施形態におけるステージ装置の平面図である。 第２の実施形態における反発固定子の駆動部の構成図である。 第３の実施形態におけるステージ装置の断面図である。 第３の実施形態における粗動ステージの上面図である。 従来例における反発力による加速手段を備えたステージ装置の斜視図である。 従来例における反発磁石ユニットを示す斜視図である。 露光装置を説明するための図である。 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図１３に示すフローチャートにおけるステップＳ４の基板プロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１:本体ベース、２:ベースガイド、３:工作物（レチクル、基板）、４:粗動ステージ、
５:粗動用リニアモータ可動子、６:粗動用リニアモータ固定子、
７:粗動用反発加速可動子、８:粗動用可動磁石ホルダ、９:粗動用可動磁石、
１０:粗動用反発固定子、１１:上ヨーク、下ヨーク、１２:上磁石、下磁石、
１３:横ヨーク、１４:軸受け、１５:微動ステージ、１６:粗動用反射ミラー、
１７:微動用Ｘリニアモータ、１８:微動用Ｘリニアモータ固定子、
１９:微動用Ｘリニアモータ可動子、２０:微動用Ｙリニアモータ、
２１:微動用Ｙリニアモータ固定子、２２:微動用Ｙリニアモータ可動子、
２３:微動用Ｚリニアモータ、２４:微動用Ｚリニアモータ固定子、
２５:微動用Ｚリニアモータ可動子、２６:微動用反射ミラー、
２７:微動用反発加速可動子、２８:微動用可動磁石ホルダ、
２９:微動用可動磁石、３０:微動用反発固定子、３１:上下ヨーク、３２:上下磁石、
３３:横ヨーク、３４:粗動ステージ重心、３５:粗動用反発固定子の作用点、
３６:微動ステージ重心、３７:微動用反発固定子の作用点、
３８：反発固定子駆動部、３９:反発固定子駆動モータ、
４０:送りネジ、４１:送りネジナット、４２:送りネジ支持部、
４３：平面モータ、４４：固定子コイル群、４５：可動子磁石
１０１:ベースガイド、１０２:工作物、１０３:ステージ、
１０４:ヨーガイド、１０５：リニアモータ可動子、１０６:リニアモータ固定子、
１３１:可動磁石ホルダ、１３２:粗動用可動磁石、１３３:反発可動子、
１３５:反発固定子、１３６:上下ヨーク、１３７:上下磁石、１３８:横ヨーク、
５０１：照明系ユニット、５０２：レチクルステージ、５０３：投影光学系、
５０４：基板ステージ、５０５：露光装置本体

Claims (10)

1. 第１ステージと、
   前記第１ステージを第１方向に駆動する第１アクチュエータと、
   前記第１ステージの上に搭載される第２ステージと、
   前記第１ステージに対して前記第２ステージが相対的に移動するように前記第２ステージを駆動する第２アクチュエータと、
   前記第１ステージの前記第１方向の端部に配置された第１可動磁石と、前記第１ステージが前記第１方向の移動ストロークの一端に位置するときに及び前記第１可動磁石に対面するように配置されて前記第１可動磁石に対して斥力を発生する第１固定磁石と、を含む第１ユニットと、
   前記第２ステージの前記第１方向の両端部に配置された第２可動磁石と、前記第１ステージが前記第１方向の移動ストロークの一端に位置するときに前記第２可動磁石に対面するように配置されて前記第２可動磁石に対して斥力を発生する第２固定磁石と、を含む第２ユニットと、
   を備えることを特徴とするステージ装置。
2. 前記第１ユニットが発生する斥力と前記第２ユニットが発生する斥力との比を前記第１ステージの質量と前記第２ステージの質量との比と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. 前記第１方向における、前記第１可動磁石の寸法と前記第２可動磁石の寸法とが同一で、かつ、前記第１方向に垂直な方向における、前記第１可動磁石の寸法と前記第２可動磁石の寸法との比が、前記第１ステージの質量と前記第２ステージの質量との比に等しいことを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
4. 前記第１方向における、前記第１固定磁石の寸法と前記第２固定磁石の寸法とが同一で、かつ、前記第１方向に垂直な方向における、前記第１固定磁石の寸法と前記第２固定磁石の寸法との比が、前記第１ステージの質量と前記第２ステージの質量との比に等しいことを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
5. 前記第１ユニットが発生する斥力の作用線が、前記第１ステージと前記第１ステージに装着された部材との全体の重心位置を通過し、かつ、前記第２ユニットが発生する斥力の作用線が、前記第２ステージと前記第２ステージに装着された部材との全体の重心位置を通過することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか1項に記載のステージ装置。
6. 前記第２アクチュエータは、前記第２ステージを６軸方向に駆動させるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のステージ装置。
7. 前記第１ユニットが前記第１ステージに作用させる力と、前記第２ユニットが前記第２ステージに作用させる力との差分を、第１アクチュエータ及び第２アクチュエータの少なくとも一方を用いて変更することを特徴とした請求項１乃至請求項６のいずれか1項に記載のステージ装置。
8. 前記第１固定磁石及び第２固定磁石の位置を変更する固定磁石の駆動部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか1項に記載の位置決めステージ装置。
9. レチクルのパターンを投影光学系を介して基板上に投影し基板を露光する露光装置において、
   レチクルが、請求項１乃至請求項８のいずれか1項に記載のステージ装置により支持されることを特徴とする露光装置。
10. 請求項９に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記露光された基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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