JP2010245087A - ステージ装置及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型の被駆動体を搭載可能で安定した動作が可能なステージ装置を提供する。
【解決手段】被駆動体を駆動するステージ装置は、スライダー３と、Ｚ軸方向に平行な表面２ａを有するガイド２と、ガイド２の表面２ａに対するＺ軸方向の移動を容易にする静圧軸受としての軸受１２と、ガイド２とは反対側の外面１１ｂから突出して球面又は円筒面の一部を構成する表面１４ａを有する突起１４と、を有する軸受部１０と、突起１４の表面１４ａに対するＸＹＺのいずれかの軸周りの回転方向の移動を容易にする軸受２２を有してスライダー３に固定される軸受部２０と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステージ装置及び露光装置に関する。

特許文献１は、投影露光装置に適用可能で被駆動体を駆動するステージ装置を開示している。このステージ装置は、中空円筒形状の固定部材と、それと同心円状に配置された中空円筒形状を有し、被駆動体を保持する保持板に接続された案内部材と、両部材間に配置された多孔質パッド（静圧軸受手段）を有する。案内部材は、固定部材の中心軸（Ｚ軸）の移動、中心軸周りに回転（θ移動又はヨーイング）、Ｘ軸周りの回転（ローリング）、Ｙ軸周りの回転（ピッチング）が可能に構成されている。

特開平０６−２６７８２３号公報

液晶基板などの被駆動体が大型になるとステージ装置も大型になるが、流体静圧軸受が機能するための固定部材と案内部材の間隔の最大値には限界がある。一方、特許文献１の案内部材はピッチングやローリングする時に上記間隔が変化するため、ステージ装置が大型になると案内部材がピッチングやローリング時に固定部材に接触し易くなる。

そこで、本発明は、大型の被駆動体を搭載可能で安定した動作が可能なステージ装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としてのステージ装置は、被駆動体を駆動するステージ装置であって、前記被駆動体を保持する保持部と、当該保持部に接続されたスライダーと、前記保持部が前記被駆動体を保持する面に垂直なＺ軸方向に平行な第１面を有するガイドと、前記ガイドの前記第１面に対する前記Ｚ軸方向の移動を容易にする静圧軸受としての第１軸受と、前記ガイドとは反対側の面から突出して球面又は円筒面の一部を構成する第２面を有する突起と、を有する第１軸受部と、前記突起の前記第２面に対するＺ軸又はＺ軸に垂直な軸、の周りの回転方向の移動を容易にする第２軸受を有して前記スライダーに固定される第２軸受部と、を有することを特徴とする。

本発明は、大型の被駆動体を搭載可能で安定した動作が可能なステージ装置を提供することができる。

本実施例のステージ装置の断面図である。 図１に示すステージ装置の透過平面図である。 図１に示すステージ装置の部分拡大断面図である。 図１に示すステージ装置の変形例の断面図である。 図４に示すステージ装置の透過平面図である。 図４に示すステージ装置のＡ−Ａ線に沿った平面図である。 図６に示すステージ装置の変形例の平面図である。

図１は、本実施例のステージ装置のＸＺ断面図であり、図２は、ステージ装置の透過平面図である。また、図１及び図２に示すように、ＸＹＺ軸を設定している。各軸は互いに垂直である。

図１に示すステージ装置は、被駆動体を駆動し、駆動は、Ｚ軸方向への移動、Ｘ軸周りの回転（ローリング）、Ｙ軸周りの回転（ピッチング）、Ｚ軸周りのθ回転（ヨーイング）を含む。図１においては、ローリングの方向をＲ、ヨーイングの方向をθとして示している。

なお、図１に示すステージ装置は、ＸＹ駆動機構に接続されて、被駆動体をＸ軸方向とＹ軸方向に更に移動してもよい。本実施例のステージ装置は、液晶ディスプレイ用の露光装置や液晶ディスプレイ用の検査装置に適用可能で、大型の被駆動体を搭載可能で安定した動作が可能である。

ステージ装置は、ベース１、ガイド２、スライダー３、保持部４、駆動部、計測系、を有する。

ベース１は、ステージ装置の各部を搭載する台である。ベース１は、不図示の駆動機構によってＸＹ方向に移動される。

ガイド２は、正方形形状のＸＹ断面を有する直方体又は立方体形状を有して、ベース１の上面１ａに取り付けられる。このように、ガイド２は、従来のような円筒形形状ではない。ガイド２は、ベース１に対して移動しない。ガイド２は、スライダー３をＺ軸方向に案内する案内部材である。本実施例のガイド２は、Ｚ軸方向に平行な４つの表面（第１面）２ａを有する。表面２ａは、後述するように、加圧空気の圧力を受ける。ガイド２は、正方形形状のＸＹ断面を有するため、４つの表面２ａは同一形状と面積を有する。このため、各表面２ａが受ける加圧空気による圧力は等しく均衡が取れている。ガイド２は円筒形形状ではないので圧力バランスは維持し易い。

スライダー３は、保持部４に接続され、ガイド２の周りに移動可能に構成されている。スライダー３は、外形は直方体又は立方体形状を有する。このように、スライダー３も、従来のような中空円筒形状ではない。より詳細には、スライダー３は、図２に示すＸＹ平面において正方形状の外壁面３ａと正方形状の内壁面３ｂと上面３ｃを有し、内壁面３ｂの内側は中空である。上面３ｃは保持部４の底面４ｂに取り付けられている。

スライダー３の内壁面３ｂの内側には、二種類の軸受部が設けられて、これらの軸受部によってスライダー３はガイド２に対して移動可能に構成されている。移動方向は、Ｚ軸方向と、ＸＹＺの各軸周りの回転方向である。Ｚ軸方向用の軸受と、ＸＹＺの各軸周りの回転方向用の軸受を分けることによって、スライダー３がＸＹＺの各軸周りの回転方向に移動する際に、スライダー３とガイド２との間隔を維持することができる。

まず、本実施例のスライダー３は、軸受部（第１軸受部）１０を介してガイド２の表面２ａに接続され、これにより、スライダー３はガイド２の表面２ａに対する移動が容易になる。表面２ａはＺ軸方向に平行であるので、スライダー３はＺ軸方向に移動することが容易になる。

軸受部１０は、スライダー３よりも内側に（ガイド２の近くに）設けられ、基部１１と、それに保持される軸受１２を有する。

基部１１は、直方体形状を有し、ガイド２に対向する側に凹部を有して、かかる凹部に軸受１２が取り付けられている。基部１１は、スライダー３がＺ軸方向とＸＹＺの各軸の回転方向に移動する際に、ベース１に接触しない。

軸受１２は、特許文献１のように、多孔質パッド（静圧パッド）から構成される空気軸受である。軸受１２の直方体のガイド２に対向する表面１３は対応するガイド２の表面２ａに平行に配置されている。軸受１２の表面１３は、基部１１の内面１１ａと同一高さであり、同一平面を構成する。

ガイド２の表面２ａと軸受１２の内面１３（及び基部１１の内面１１ａ）はＺ軸方向に平行である。スライダー３は、後述するように、軸受部１０に軸受部２０を介して接続されており、軸受部１０とスライダー３はＺ軸方向に一体として移動する。スライダー３がＺ軸方向に移動するときには軸受１２の内面１３とガイド２の表面２ａとの間隔（ギャップ）Ｇ１は変化しない。各軸受１２の内面１３と対応するガイド２の表面２ａとの間隔Ｇ１は等しく設定されている。軸受１２が静圧軸受の場合、保持部４が被駆動体に伴って大型化しても間隔Ｇ１の最大値はある程度決定されており、あまり大きくすることはできない。

軸受１２は、図２に示すように、スライダー３の内壁面３ｂの中央部四ケ所に設けられている。４つの軸受１２は同一形状と寸法を有する。軸受１２が内壁面３ｂの一部に限定されているのは隣り合う軸受１２同士の機械的な干渉を防止するためである。また、中央部に限定されているのは、保持部４の傾斜を防止するためである。

ガイド２は軸部として機能して回転せず、軸受１２から不図示のコンプレッサを介して加圧空気がガイド２の表面２ａに吹き付けられるため、軸受１２は空気静圧軸受として機能する。本実施例の軸受１２は、ガイド２との間の隙間に空気の膜を形成し、この空気の膜を介してガイド２に対して保持されている。なお、軸受１２が使用可能な流体は空気に限定されない。例えば、軸受１２は、他の気体（窒素など）や液体を加圧流体として使用してかかる流体の膜を形成する流体静圧軸受であってもよい。また、軸受１２は、転がり軸受や磁気軸受を使用してもよい。

軸受部１０は、基部１１の（ガイド２又は内面１１ａとは反対側の）外面１１ｂから突出する突起１４を有する。突起１４は、外面１１ｂからスライダー３の方向に突出し、基部１１と一体でもよいし、ネジ止めや接着によって固定されていてもよい。突起１４は、球面の一部を構成する表面（第２面）１４ａを有する。４つの軸受部１０の４つの突起１４の表面１４ａは同一の球面を構成している。球の中心は、図１に示すように、ガイド２の中心軸（ヨーイングの回転中心であるＺ軸）上にあり、球の半径はｒである。

スライダー３は、軸受部２０を介して軸受部１０の突起１４の表面１４ａに接続され、これにより、スライダー３は突起１４の表面１４ａに対する移動が容易になる。表面１４ａは球面であるので、スライダー３はＸＹＺの各軸の周りの回転方向に移動することが容易になる。

軸受部（第２軸受部）２０は、スライダー３よりも内側に（ガイド２の近くに）設けられ、基部２１と、それに保持される軸受（第２軸受）２２を有する。軸受部２０は、軸受部１０に対応して４つ設けられている。

基部２１は、直方体から球の一部を除去した形状を有し、ガイド２に対向する側に球面状の窪み（球面座）を有して、かかる窪みに軸受２２が取り付けられている。球面の球の中心は突起１４の表面１４ａの球の中心同じである。基部２１は、スライダー３がＸＹＺの各軸の回転方向に移動する際に、基部１１に接触しない。基部２１は、ガイド２側の内面２１ａと内面２１ａと反対側の外面２１ｂを有する。内面２１ａには軸受２２が設けられ、外面２１ｂは平面でスライダー３に固定される。固定方法は限定されない。

軸受２２は、突起１４の表面１４ａに対するＺ軸又はＺ軸に垂直な軸（即ち、Ｘ軸方向又はＹ軸方向）、の周りの回転方向の移動（即ち、ヨーイング、ローリング又はピッチング）を容易にする。軸受２２は、図３では、転がり軸受であるが、静圧軸受でもよい。静圧軸受の場合、ガイド２に対向する面は球面として構成され、その球の中心は突起１４の球面１４ａの球の中心と同一に設定される。

基部２１の内面２１ａは、突起１４の表面１４ａと同一の球の中心を有するから間隔は一定に維持されている。スライダー３は軸受部２０に固定されており、軸受部２０とスライダー３はＸＹＺの各軸周りの回転方向に一体として移動する。スライダー３がＸＹＺの各軸周りの回転方向に移動するときには基部２１の内面２１ａと突起１４の表面１４ａとの間隔（ギャップ）Ｇ２は変化しない。各基部２１の内面２１ａと対応する突起１４の表面１４ａとの間隔Ｇ２は等しく設定されている。また、スライダー３がＸＹＺの各軸周りの回転方向に移動するときには軸受部１０の軸受１２の内面１３とガイド２の表面２ａとの間隔（ギャップ）Ｇ１も変化しない。あるいは、間隔Ｇ１は、変化しても６〜１０μｍの隙間に対して１μｍ以下の微小な変化量に維持される。

軸受２２は、図２に示すように、スライダー３の内壁面３ｂの中央部四ケ所に設けられている。４つの軸受部２０は同一形状と寸法を有する。このように、本実施例は、少なくとも二組の球面座と静圧軸受を組み合わせている。軸受部２０が内壁面３ｂの一部に限定されているのは隣り合う軸受２２同士の機械的な干渉を防止するためである。また、中央部に限定されているのは、保持部４の傾斜を防止するためである。

突起１４は軸部として機能して回転せず、軸受２２は流体静圧軸受、磁気軸受などを使用してもよい。

保持部４は平板部材であり、上面４ａにおいて不図示の被駆動体を保持する。Ｚ軸方向は上面４ａに垂直である。被駆動体は、例えば、液晶基板である。保持方法は、不図示のチャックなどを使用することができる。底面４ｂにはスライダー３の上面３ｃと接続され、スライダー３の外側において駆動部に接続されている。

駆動部は、一端が保持部４の底面４ｂに取り付けられ、他端がベース１に取り付けられたＺリニアモータ（アクチュエータ）５とθリニアモータ（アクチュエータ）６から構成される。Ｚリニアモータ５は、図２に示すように、保持部４の四隅近傍に配置され、θリニアモータ６はＸ方向に並んだ一対の左右のＺリニアモータ５の間に配置される。

Ｚリニアモータ５はＺ軸方向に推力を発生し、保持部４の全荷重を支えてもよいが、自重補償として、空気ばねや、磁石の斥力を併用してもよい。例えば、Ｚ方向に移動する場合には、全てのＺリニアモータ５が同量だけ上昇又は下降する。ローリングの場合、図２の上側又は下側の一対のＺリニアモータ５が同量だけ上昇又は下降する。ピッチングの場合、図２の左側又は右側の一対のリニアモータ５が同量だけ上昇又は下降する。

θリニアモータ６はθ方向に推力を発生する。例えば、図２の時計回りに回転する場合、右側のθリニアモータ６は下側に変位し、左側のθリニアモータ６が上側に同量だけ変位する。

計測系は、ステージ装置の位置を計測する。計測系は、保持部４の側面４ｃに設けられた参照ミラー８と折り曲げミラー９を有し、不図示のレーザ干渉計に光路ＯＰを介して接続されている。レーザ干渉計は、Ｚ軸方向の位置、ピッチングの傾き、ローリングの傾き、θ方向の回転量を検出することができる。但し、これらの検出に、リニアエンコーダーやレーザ変位計を使用してもよい。ステージ装置をＸＹステージ上に搭載した場合、参照ミラー８や折り曲げミラー９は長尺にすればよい。

動作において、ステージ装置が保持部４に搭載された被駆動体をＺ軸方向に移動する場合には、図１において、間隔Ｇ１は変化しない。また、ステージ装置が保持部４に搭載された被駆動体をローリングした状態を図１の二点鎖線で示す。図１に実線と二点鎖線で示すように、保持部４がローリングしても軸受部１０とガイド２との間の間隔Ｇ１は変化しない。これは、保持部４が、ピッチングやヨーイングする場合も同様である。このように、本実施例のステージ装置は被駆動体をＺ移動、ローリング、ピッチング又はヨーイングしても間隔Ｇ１を維持することができ、ガイド２に部材が衝突することを防止することができるため、動作が安定する。

本実施例は、Ｚ軸方向用の軸受部１０と、ＸＹＺの各軸周りの回転方向用の軸受部２０を分けることによって、スライダー３がＸＹＺの各軸周りの回転方向に移動する際に、スライダー３とガイド２との間隔Ｇ１を維持している。しかし、軸受部２０を更に複数の方向のために分割してもよい。

図４は、かかる変形例の断面図であり、図５は、透過平面図であり、図６は、図４のＡ−Ａ線に沿った平面図である。本変形例のステージ装置は、上部と下部の二段に分かれている。

上部（上段）は、ベース１Ａ、ガイド２Ａ、スライダー３Ａ、駆動部としてのＺリニアモータ５、計測系を有する。ベース１Ａとガイド２Ａの構成はベース１とガイド２と同様である。スライダー３Ａは、軸受部１０の代わりに軸受部１０Ａを有し、軸受部２０の代わりに軸受部３０Ａを有する。軸受部１０Ａは、図３において球面を有する突起１４の代わりに円筒面の一部を構成する突起（不図示）を有する。軸受部３０Ａは、軸受部２０と同様の形状を有するが、ガイド２Ａ側の凹状の内面は円筒面であり、軸受部１０Ａの突起状の円筒面と同心状に形成されている。スライダー３Ａによって保持部４はＺ軸方向とローリング方向に移動することができる。

下部（下段）は、ベース１Ｂ、ガイド２Ｂ、スライダー３Ｂ、駆動部としてのθリニアモータ６、Ｚ軸静圧軸受４０を有する。ベース１Ｂとガイド２Ｂの構成はベース１とガイド２と同様である。スライダー３Ｂによって保持部４はθ方向とピッチング方向に移動することができる。スライダー３Ｂは、軸受部１０の代わりに軸受部１０Ｂを有し、軸受部２０の代わりに軸受部３０Ｂを有する。軸受部１０Ｂは、球面を有する突起１４の代わりに円筒面の一部を構成する突起（不図示）を有し、軸受部１０Ｂは軸受部１０Ａの円筒面の中心軸（又は母線）と直交する中心軸（又は母線）を有する。軸受部３０Ｂは、軸受部２０と同様の形状を有するが、ガイド２Ｂ側の凹状の内面は円筒面であり、軸受部１０Ｂの突起状の円筒面と同心状に形成されている。

本変形例においても、スライダー３がＺ軸方向とＸＹＺの各軸の周りの回転方向に移動する際に、スライダー３とガイド２との間隔Ｇ１を維持することができる。二段構造にすると剛性を上げることができるという利点もある。なお、Ｚ軸静圧軸受４０は、図１に示す軸受部１０の底部に設けられてもよい。

また、ベース１ＢをＸ軸方向に延長してベース１ｃとすればＸ軸方向の駆動機構を兼ねることもできる。図７は、かかる状態を示す平面図である。６ａは回転子、６ｂは可動子である。図７では、θリニアモータ６は、ベース１ｃをＺ軸方向に垂直な一つのＸ軸方向に移動させると共に保持部４をＺ軸の周りにθ回転させる。

本実施例のステージ装置は、原版のパターンを基板に露光する投影露光装置において基板を駆動する基板ステージに適用することができる。デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、露光装置を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される（デバイス製造方法）。また、本実施例のステージ装置は、基板の検査装置用の基板ステージにも適用することができる。

ステージ装置は、被駆動体を駆動するのに適用することができる。露光装置は、デバイスを製造する用途に適用することができる。

１、１Ａ，１Ｂ、１Ｃ ベース
２、２Ａ、２Ｂ ガイド
２ａ 表面（第１面）
３、３Ａ、３Ｂ スライダー
４ 保持部
１０、１０Ａ、１０Ｂ 軸受部（第１軸受部）
１１、２１ 基部
１２ 軸受（第１軸受）
１４ 突起
１４ａ 表面（第２面）
２０、３０Ａ、３０Ｂ 軸受部（第２軸受部）
２２ 軸受（第２軸受）

Claims (4)

1. 被駆動体を駆動するステージ装置であって、
   前記被駆動体を保持する保持部と、
   当該保持部に接続されたスライダーと、
   前記保持部が前記被駆動体を保持する面に垂直なＺ軸方向に平行な第１面を有するガイドと、
   前記ガイドの前記第１面に対する前記Ｚ軸方向の移動を容易にする静圧軸受としての第１軸受と、前記ガイドとは反対側の面から突出して球面又は円筒面の一部を構成する第２面を有する突起と、を有する第１軸受部と、
   前記突起の前記第２面に対するＺ軸又はＺ軸に垂直な軸、の周りの回転方向の移動を容易にする第２軸受を有して前記スライダーに固定される第２軸受部と、
   を有することを特徴とするステージ装置。
2. 前記ガイドが搭載されるベースと、
   前記ベースを前記Ｚ軸方向に垂直な一つの軸方向に移動させると共に前記保持部を前記Ｚ軸の周りに回転するアクチュエータと、
   を更に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. 請求項１又は２に記載のステージ装置を有する露光装置。
4. 請求項３に記載の露光装置を使用して基板を露光するステップと、
   露光された前記基板を現像するステップと、
   を有することを特徴とするデバイス製造方法。