JP3679776B2

JP3679776B2 - 駆動装置、露光装置及びデバイス製造方法

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Publication number: JP3679776B2
Application number: JP2002119346A
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Inventors: 浩之関口
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Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2005-08-03
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動装置、露光装置及びデバイス製造方法に係り、例えば、物体をガイド面に沿ってＸ方向及びＹ方向に移動させる駆動装置、該駆動装置を組み込んだ露光装置、並びに、該露光装置を利用してデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
半導体デバイス等のデバイスの製造に用いられる露光装置としては、基板（例えば、ウエハやガラス基板）をステップ移動させながら基板上の複数の露光領域に原版（レチクルやマスク）のパターンを投影光学系を介して投影し順次露光するステップ・アンド・リピート型の露光装置（ステッパと称することもある）や、ステップ移動と走査露光とを繰り返すことにより、基板上の複数の露光領域に露光転写を繰り返すステップ・アンド・スキャン型の露光装置（スキャナと称することもある）が代表的である。特にステップ・アンド・スキャン型は、スリットにより露光光を投影光学系の比較的光軸に近い部分に制限して使用するため、より高精度且つ広画角な微細パターンの露光が可能となっている。
【０００３】
これらの露光装置は、ウエハやレチクルを高速で移動させて位置決めするステージ装置或いは駆動装置（ウエハステージ、レチクルステージ）を有している。このような露光装置において、ステージを駆動すると、ステージの加減速に伴う慣性力の反力が生じ、これが定盤に伝わると定盤の振動を引き起こす原因となる。このような振動により露光装置の機構系の固有振動が励起されて高周波振動が発生し、高速、高精度な位置決めを妨げる可能性がある。
【０００４】
このような反力に関する問題を解決するために、いくつかの提案がなされている。例えば、特開平５−７７１２６号公報に記載された装置では、ステージを駆動するためのリニアモータの固定子をステージ定盤とは独立して床で支持することで、反力によるステージ定盤の振動を防止するシステムとなっている。また、特開平５−１２１２９４号公報に記載された装置では、ウエハステージ及び投影レンズを支持するマシンフレームに対して、水平方向に発生する力アクチュエータによって、ステージの駆動に伴う反力と同等の補償力を付与することによって、反力による装置の振動を軽減するシステムとなっている。
【０００５】
しかしながら、上記のいずれの従来例においても、ステージ装置自体の揺れは軽減できるものの、ステージの駆動に伴う反力は、直接床に対して伝達されるか、もしくは実質的に床と一体とみなせる部材を介して床に対して伝達される。これにより床が加振され、露光装置の周辺に設置される装置に対して振動を与えて悪影響を及ぼす可能性がある。通常、露光装置を設置する床は２０〜４０Ｈｚ程度の固有振動数を持っており、露光装置の動作に伴って床が有する固有振動数の振動が励起されると、周辺の装置への悪影響は大きなものになる。
【０００６】
昨今、処理速度（スループット）の向上に伴うステージ加速度は増加の一途であり、例えばステップ・アンド・スキャン型の露光装置では、いまやステージの最大加速度は、レチクルステージでは４Ｇ、ウエハステージでは１Ｇにも達する。さらに、レチクルや基板の大型化に伴ってステージ質量も増大している。このため、＜移動体の質量＞×＜加速度＞で定義される駆動力は非常に大きなものとなり、その反力は膨大なものである。このような反力の増大に伴い、反力による設置床の加振は無視できない問題となってきた。
【０００７】
また、装置の大型化も著しくなり、数多くの製造装置が設置される製造工場内での占有設置面積の増大が問題として顕在化しつつある。すなわち、装置から床に伝わる振動が大きいと、その振動の影響を他の装置が受けないようにするためには、装置間の距離を大きくする必要があり、結局、各装置が事実上占有する面積が増大する。
【０００８】
このような背景に鑑み、本出願人は、可動子と固定子からなる電磁アクチュエータにより可動部を駆動する駆動装置においては、前記固定子を前記可動部の駆動反力を受ける反力カウンタとする方法が有効であると考えている。
【０００９】
本発明は、上記の考察を契機としてなされたものであり、例えば、物体の駆動に伴う駆動反力を相殺し又はその影響を低減することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面は、物体をガイド面に沿ってＸ方向及びＹ方向に移動させる駆動装置に係る。この駆動装置は、前記物体をＸ方向に駆動する第１アクチュエータと、前記物体をＹ方向に駆動する第２アクチュエータと、前記第１及び第２アクチュエータを制御する制御部とを備える。前記第１及び第２アクチュエータは、前記物体を駆動する際の反力を受けて移動する反力カウンタを有する。前記制御部は、第１位置に静止している前記物体を第２位置に移動させて静止させる際に、前記第１位置と前記第２位置とを結ぶ直線上を前記物体が移動するように前記第１及び第２アクチュエータを制御すると、より好ましい。
【００１１】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記反力カウンタは、前記第１アクチュエータの固定子としての第１反力カウンタと、前記第２アクチュエータの固定子としての第２反力カウンタを備えることが好ましい。
【００１２】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記制御部は、例えば、前記第１アクチュエータが前記物体を加速させる加速期間と前記第２アクチュエータが前記物体を加速させる加速期間とが一致し、かつ、前記第１アクチュエータが前記物体を減速させる減速期間と前記第２アクチュエータが前記物体を減速させる減速期間とが一致するように、前記第１及び第２アクチュエータを制御することが好ましい。
【００１３】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記駆動装置は、例えば、前記第１反力カウンタを駆動する第３アクチュエータと、前記第２反力カウンタを駆動する第４アクチュエータとを更に備えることが好ましい。ここで、前記制御部は、前記物体の駆動に伴う反力を相殺し又はその影響を軽減するように前記第３及び前記第４アクチュエータを制御することが好ましい。或いは、前記制御部は、前記物体の駆動に伴うモーメント反力を相殺し又はその影響を軽減するように前記第３及び前記第４アクチュエータを制御することが好ましい。例えば、前記制御部は、前記第１及び第２アクチュエータが前記物体を加速させる加速期間並びに前記第３及び第４アクチュエータが前記第１及び第２反力カウンタを加速させる加速期間が一致し、かつ、前記第１及び第２アクチュエータが前記物体を減速させる減速期間並びに前記第３及び第４アクチュエータが前記第１及び第２反力カウンタを減速させる減速期間が一致するように、前記第１、第２、第３及び第４アクチュエータを制御することが好ましい。
【００１４】
本発明の好適な実施の形態によれば、例えば、前記第１アクチュエータが、前記物体の−Ｙ方向側及び＋Ｙ方向側の各々に配置され、前記第２アクチュエータが、前記物体の−Ｘ方向側及び＋Ｘ方向側の各々に配置されていることが好ましい。
【００１５】
本発明の好適な実施の形態によれば、例えば、前記第１アクチュエータが、前記物体の−Ｙ方向側及び＋Ｙ方向側の各々に配置され、前記第２アクチュエータが、前記物体の−Ｘ方向側及び＋Ｘ方向側の各々に配置されていて、前記駆動装置が、一対の前記第１アクチュエータの第１反力カウンタをそれぞれ駆動する一対の第３アクチュエータと、一対の前記第１アクチュエータの第１反力カウンタをそれぞれ駆動する一対の第４アクチュエータとを更に備えることが好ましい。ここで、前記制御部は、前記物体の駆動に伴う反力を相殺し又はその影響を低減するように前記一対の第３アクチュエータ及び前記一対の第４アクチュエータを制御することが好ましい。或いは、前記制御部は、前記物体の駆動に伴うモーメント反力を相殺し又はその影響を低減するように前記一対の第３アクチュエータ及び前記一対の第４アクチュエータを制御することが好ましい。
【００１６】
本発明の第２の側面は、物体をガイド面に沿ってＸ方向及びＹ方向に移動させる駆動装置に係り、前記物体をＸ方向に駆動する第１アクチュエータと、前記物体をＹ方向に駆動する第２アクチュエータと、前記第１及び第２アクチュエータを制御する制御部とを備える。前記第１アクチュエータは、前記物体を駆動する際の反力を受けて移動する第１反力カウンタを有し、前記第２アクチュエータは、前記物体を駆動する際の反力を受けて移動する第２反力カウンタを有する。前記制御部は、第１位置に静止している前記物体を第２位置に移動させて静止させる際に、前記第１及び第２アクチュエータが前記物体を駆動する駆動力、前記第１位置の座標及び前記第２位置の座標で一意に定まるモーメント反力が発生するように、前記第１及び前記第２アクチュエータを制御する。
【００１７】
本発明の第３の側面は、露光装置に係り、基板ステージとして、基板を保持するチャックを含む構造体を駆動するように構成された上記の駆動装置を備え、投影光学系を介して基板にパターンを投影し該基板を露光する。
【００１８】
本発明の第４の側面は、半導体デバイス等のデバイスのデバイス製造方法に係り、基板に感光剤を塗布する工程と、該基板を上記の露光装置によって露光する工程と、該基板を現像する工程とを含む。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００２０】
図４は、アクチュエータの固定子を可動子の駆動反力を受ける反力カウンタとした本発明の好適な実施の形態としての露光装置のウエハステージ装置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【００２１】
図４（ａ）及び図４（ｂ）において、天板３０には、ウエハチャック３１と位置計測用のバーミラー５０、５１が設けられている。ウエハチャック３１は、位置決め対象物であるウエハを真空吸着して保持する。バーミラー５０，５１は、不図示のレーザ干渉計からの計測光を反射する。天板３０は、ＸＹスライダー３８に対して、磁石を利用した自重補償部（不図示）によって非接触で浮上し、６軸方向に自由度をもっている。また、天板３０は、天板３０とＸＹスライダー３８との間で駆動力を発生するアクチュエータによって、６軸方向（ＸＹＺ方向およびこの軸回り方向）に微小駆動される。６軸微動用のアクチュエータとしては、Ｘ方向に２個、Ｙ方向に１個、Ｚ方向に３個のリニアモータが設けられている。２つのＸ方向微動リニアモータを逆方向に駆動すれば、Ｚ軸回り（θ方向）に天板３０を駆動することができ、３つのＺ方向微動リニアモータのそれぞれの駆動力を調整することで、Ｘ軸回り（ωＸ方向）及びＹ軸回り（ωＹ方向）に天板を駆動することができる。また、微動用リニアモータの固定子となるコイルはＸＹスライダー３８側に設けられ、微動用リニアモータの可動子となる永久磁石は天板３０側に設けられている。
【００２２】
ＸＹスライダー３８は、ＸＹ方向に関しては、エアーベアリング（静圧軸受け）３５ａを介してＸガイドバー２８とＹガイドバー２９によりガイドされている。また、ＸＹスライダー３８は、Ｚ方向に関しては、エアーベアリング（静圧軸受け）３５ｂを介して基準構造体４上面にガイドされている。
【００２３】
Ｘガイドバー２８とＹガイドバー２９の両端部付近には、リニアモータの可動子（マグネット）２６、１２６，２７、１２７が取り付けられていて、コントローラ（制御部）１００の制御の下でＸＹ各２個のリニアモータ固定子（コイル）２４，１２４、２５、１２５に電流を流すことによりローレンツ力を発生させ、Ｘガイドバー２８をＹ方向に、Ｙガイドバー２９をＸ方向に駆動できる構成になっている。ＸＹ各２個のリニアモータ固定子（コイル）２４，１２４、２５、１２５は、Ｚ方向に関してエアーベアリング（静圧軸受け）３４を介して基準構造体４上面によってガイドされていて、ＸＹ方向（平面方向）に自由度を持っている。
【００２４】
ここで、アクチュエータの他、反力カウンタとしても機能するリニアモータ固定子２４，１２４，２５，１２５をそれぞれＹＲ，ＹＬ，ＸＢ，ＸＦと呼ぶことにする。
【００２５】
さらに、リニアモータ固定子２４，１２４は、コントローラ１００の制御の下でリニアモータ固定子制御用リニアモータ３２、１３２によってＹ方向に駆動される。また、同様に、リニアモータ固定子２５，１２５は、コントローラ１００の制御の下でリニアモータ固定子制御用リニアモータ３３、１３３によってＹ方向に駆動される。
【００２６】
ここで、本発明の背景を図４を用いて説明する。まず、ＸＹスライダー３８をY座標が０の位置においてＸ方向のみに移動させる場合について説明する。ローレンツ力によりＹガイドバー２９をＸ方向に駆動すると、静圧軸受３５ａを介してＸＹスライダー３８にＸ方向の力が加わる。ここで、ＸＹスライダー３８とＹガイドバー２９とを合わせてＸ可動部と呼ぶことにする。Ｘ可動部を加減速させると、Ｘリニアモータ固定子２５、１２５にその反力が働く。
【００２７】
Ｘリニアモータ固定子２５、１２５は、静圧軸受３４によってＸＹ方向に移動可能に支持されているため、この反力によって、Ｘリニアモータ固定子２５、１２５はＸ方向に移動する。その移動時の加速度と速度は、Ｘリニアモータ固定子２５、１２５の質量とＸ可動部の質量との比により決まる。例えば、Ｘリニアモータ固定子２５、１２５の各質量を２００ｋｇ／個、Ｘ可動部の質量４０ｋｇとすると質量比は１０：１になるので、Ｘリニアモータ固定子２１の加速度、速度ともＸ可動部の１／１０になる。このようにして、Ｘリニアモータ固定子２５、１２５がＸ方向に移動することにより、基準構造体４にはＸリニアモータ固定子２５にかかるＸ方向の反力がかからない。ＸＹスライダー３８をＸ座標が０の位置においてＹ方向のみに移動させる場合も同様である。
【００２８】
しかし、ＸＹスライダー３８をＸＹ方向すなわち２次元に駆動する場合は、モーメント成分による駆動反力（以下モーメント反力と記載）が発生するため、上記のように単純に反力を吸収することはできない。一例として、ＸＹスライダー３８を２次元のＸＹ方向に駆動する際、Ｘ方向の制御系とＹ方向の制御系とを独立として、スループットを優先するためにＸ方向の駆動プロファイルもＹ方向の駆動プロファイルも常に最高加速度、最高速度を発生させる制御方法を考える。
【００２９】
この制御方法では、図５に示すＸＹ平面におけるＡ点からＢ点へＸＹスライダー３８を駆動する時に、図６(a)に示すようなＸ駆動プロファイルとＹ駆動プロファイルを用いてＸＹスライダー３８を駆動することになる。例えば、ステージ装置或いは駆動装置の最高加速度が１Ｇ、最高速度が１ｍ/ｓであるとき、図６(a)の駆動プロファイルは、Ｘ軸、Ｙ軸ともに、それぞれ最高加速度の１Ｇ、最高加速度の１ｍ/ｓを発生するように駆動される。
【００３０】
図６(a)のような駆動プロファイルを用いてＸＹスライダー３８を駆動した場合、ＸＹスライダー３８は図５に示すような軌跡を描いて移動することになり、このときの駆動反力は、ＸＹスライダー３８がＡ点付近、Ｂ点付近、さらにＣ点付近にあるときに発生する。
【００３１】
このとき、反力カウンタとしてのリニアモータ固定子２４（YR），２５（XB）、１２４（YL），１２５（XF）がこの駆動反力をキャンセルするよう移動するのだが、ＸＹスライダー３８の位置に応じて反力カウンタの受ける反力が異なる。つまり、Y方向の駆動の反力を受けるXガイドバー２８には、XYスライダー３８のX座標に応じて異なるモーメント反力がかかるので、反力カウンタ（YL）１２４と反力カウンタ（YR）２４が受ける反力に差が生じる。同様にX方向の駆動の反力を受けて伝達するYガイドバー２９には、XYスライダー３８のY座標に応じて異なるモーメント反力がかかるので、反力カウンタ（XF）１２５と反力カウンタ（XB）２５が受ける反力に差が生じる。
【００３２】
具体的には、図５において、ＸＹスライダー３８の駆動開始位置は原点の＋Ｘ方向かつ＋Ｙ方向であるので、反力カウンタ（YL）１２４よりも反力カウンタ（YR）２４、また、反力カウンタ（XF）１２５よりも反力カウンタ（XB）２５の方が大きな反力を受ける。
【００３３】
さらに、XYスライダー３８が図５のような軌跡を描いて移動すると、Xガイドバー２８とYガイドバー２９が受けるモーメント反力は、XYスライダー３８の位置によって変化していく。このため、図５に示すような軌跡を描いてXYスライダー38を駆動した時のモーメント反力は、X駆動とY駆動の加速時と減速時の位置が任意であるため、加速時のモーメント反力と減速時のモーメント反力の総和が０にならない。
【００３４】
加速時のモーメント反力と減速時のモーメント反力の総和が０にならないということは、仮にモーメント成分を含む駆動反力を完全に相殺するように反力カウンタを移動させると、図６（ｂ）に示すような反力カウンタの移動速度となり、反力カウンタが停止することができないことを意味する。言い換えると、反力カウンタには必然的に有効ストロークが存在するので、モーメント反力を完全にキャンセル（相殺）することは困難である。
【００３５】
次に、本発明の好適な実施の形態を説明する。図４におけるＸＹスライダ３８が図１に示すような座標系において、任意のＡ点(x₁,x₁)からＢ点(x₂,y₂)に移動する場合について考える。この座標系の原点(0,0)は、反力カウンタ（ＹＲ，ＹＬ，ＸＢ，ＸＦ）２４，１２４，２５，１２５に対してモーメント反力が発生しない点とし、図４に示す駆動装置ではＸＹスライダ３８が停止している点が原点(0,0)である。
【００３６】
本発明の好適な実施の形態によれば、Ｘ方向にＸＹスライダー３８を駆動するためのリニアモータ（２５，２７，１２５，１２７）の駆動プロファイルにおける加速期間とＹ方向にＸＹスライダー３８を駆動するためのリニアモータ（２４，２６，１２４，１２６）の駆動プロファイルにおける加速期間を等しくし（すなわち同期させ）、かつＸ方向の駆動用のリニアモータ（２５，２７，１２５，１２７）の駆動プロファイルにおける減速期間とＹ方向の駆動用のリニアモータ（２４，２６，１２４，１２６）の駆動プロファイルにおける減速期間を等しくする（すなわち同期させる）。ここで、コントローラ１００は、Ｘ方向の駆動用のリニアモータ（２５，２７，１２５，１２７）及びＹ方向の駆動用のリニアモータ（２４，２６，１２４，１２６）のそれぞれの駆動を制御するための駆動プロファイルに基づいてそれらのリニアモータを制御する。
【００３７】
上記の制御の一例を挙げると、コントローラ１００は、図２に示すようなＸ方向，Ｙ方向それぞれの駆動プロファイルに従ってＸ方向の駆動用のリニアモータ（２５，２７，１２５，１２７）とＹ方向の駆動用のリニアモータ（２４，２６，１２４，１２６）を制御することによりＸＹスライダ３８を駆動する。図２においては、ｔ０からｔ１までが加速期間であり、コントローラ１００は、Ｘ方向の駆動用のリニアモータ（２５，２７，１２５，１２７）とＹ方向の駆動用のリニアモータ（２４，２６，１２４，１２６）とを同期させて、このｔ０からｔ１の期間内にＸＹスライダ３８を加速させる。この時のＸ方向の駆動用のリニアモータによる加速の力とＹ方向の駆動用のリニアモータによる加速の力の合力のベクトルは、Ａ点からＢ点に向かうベクトルAB_vecの方向に常に等しい。なお、この明細書では、ベクトルには、添字として_VECを付すこととする。
【００３８】
図２におけるｔ１からｔ２までの期間は定速期間であり、コントローラ１００は、ＸＹスライダ３８が定速でＡＢ間を移動するように、Ｘ方向の駆動用のリニアモータとＹ方向の駆動用のリニアモータを共に定速で動作させる。
【００３９】
そして、図２におけるｔ２からｔ３までの期間は減速期間であり、コントローラ１００は、Ｘ方向の駆動用のリニアモータとＹ方向の駆動用のリニアモータの両方を同期させて、このｔ２からｔ３までの期間内にＸＹスライダ３８を減速させ停止させる。この時のＸ方向の駆動用のリニアモータによる減速の力とＹ方向の駆動用のリニアモータによる減速の力のベクトルは、加速時のベクトルAB_VECの反対、つまりベクトルBA_vecの方向に常に等しい。
【００４０】
以上のように、本発明の好適な実施の形態では、Ｘ方向の駆動用のリニアモータの駆動プロファイルにおける加速期間とＹ方向の駆動用のリニアモータの駆動プロファイルにおける加速期間とを等しくし（すなわち同期させ）、かつＸ方向の駆動用のリニアモータの駆動プロファイルにおける減速期間とＹ方向の駆動用のリニアモータの駆動プロファイルにおける減速期間とを等しくする（すなわち同期させる）ことにより、図１に示すようにＡ点からＢ点へ直線的な軌道でＸＹスライダ３８を駆動する。
【００４１】
この駆動条件において、Ａ点からＢ点へＸＹスライダ３８を図２の駆動プロファイルに従って移動させるときの駆動力F_vec(t)をベクトルの時間関数であらわすと（１）式のようになる。
【００４２】
【数２】

【００４３】
・・・（１）
となる。つまり、ＸＹスライダー３８に与える駆動力F_vec(t)は、Ａ点からＢ点へ向かう方向を有する単位ベクトルに図３（ａ）に示すようなスカラ関数F(t)を掛けたものになる。
【００４４】
このときのモーメント反力について考える。Ｙガイドバー２９にかかるモーメント反力γ_y(t)は（２）式のようになる。
【００４５】
【数３】

【００４６】
・・・（２）
Ｘガイドバー２８にかかるモーメント反力γ_x(t)は（３）式のようになる。
【００４７】
【数４】

【００４８】
・・・（３）
そして、これらの合力はγ(t)は（４）式のようになる。
【００４９】
【数５】

【００５０】
・・・（４）
ここで、
【００５１】
【数６】

・・・（５）
である。（５）式を（４）式に代入すると（６）式のようになる。
【００５２】
【数７】

【００５３】
・・・（６）
ところで、y(t)は(x₁,y₁)を通るので、ｂを求めると（７）式のようになる。
【００５４】
【数８】

【００５５】
・・・（７）
（７）式を（６）式に代入すると、（８）式のようになる。
【００５６】
【数９】

【００５７】
・・・（８）
ここで、sinθ、cosθを(x₁,y₁)、(x₂,y₂)を使って表すと、（９）式のようになる。
【００５８】
【数１０】

【００５９】
・・・（９）
したがって、モーメント反力は（１０）式のようになる。
【００６０】
【数１１】

【００６１】
・・・（１０）
となる。つまり、本発明の好適な実施の形態の駆動方法によれば、モーメント反力γ(t)は駆動力F(t)の定数倍となり、その定数は駆動開始位置Ａと停止位置Ｂの座標から一意に決まるものである。
【００６２】
ここで、F(t)は、Ａ点においてＸＹスライダ３８の移動を開始しＢ点で移動を停止させるための駆動力であり、このときのＸＹスライダ３８のベクトルAB_vec上でのスカラ速度は図３（ｂ）のようになる。
【００６３】
したがって、F(t)の定数倍であるモーメント反力γ(t)も図３（ｃ）に示すような時間関数で表され、さらにモーメント反力を受けて移動する反力カウンタの移動速度は図３（ｄ）のようになるはずである。図３（ｄ）で示すように、本発明の好適な実施の形態の駆動方法によれば、反力カウンタの速度は最終的に必ず０となり、反力カウンタを必ず停止させることができる。
【００６４】
さらに、モーメント反力γ(t)を反力カウンタに振り分けて、ＸＹスライダ３８の駆動反力を完全に相殺する方法について以下に説明する。
【００６５】
図４の駆動装置において、リニアモータの固定子からなる反力カウンタは、ＸＢ（２５），ＸＦ（１２５），ＹＲ（２４），ＹＬ（１２４）の４つに分離されている。
【００６６】
まず、Ｘ方向の駆動反力については、反力カウンタ（ＸＢ）２５、（ＸＦ）１２５によってキャンセルすることができる。つまり、ＸＹスライダ３８の駆動力F_vec(t)のＸ方向成分をF_x(t)とすると、F_x(t)は２つのＸリニアモータ（固定子２５及び可動子２７の対，固定子１２５及び可動子１２７の対）の駆動力であり、その反力は−Fx(t)である。Ｘ方向の反力−Fx(t)は、Ｘリニアモータの固定子からなる反力カウンタ（ＸＢ）２５、（ＸＦ）１２５が受けることになる。反力カウンタ（ＸＦ）１２５にかかる力をF_XF(t)、反力カウンタ（ＸＢ）２５にかかる力をF_XB(t)とすると、（１１）式が成り立てば、Ｘ方向についての反力をキャンセルすることができる。
【００６７】
【数１２】

【００６８】
・・・（１１）
同様に、Ｙ方向の駆動反力については、反力カウンタ（ＹＬ）１２４、（ＹＲ）２４によってキャンセルすることができる。つまり、ＸＹスライダ３８の駆動力F_vec(t)のＹ方向成分をFy(t)とすると、Fy(t)はＹリニアモータ（２６，１２６）の駆動力であり、その反力は−F_y(t)である。Ｙ方向の反力−F_y(t)はＹリニアモータの固定子からなる反力カウンタ（ＹＬ）１２６、（ＹＲ）２６が受けることになる。反力カウンタ（ＹＬ）１２６にかかる力をF_YL(t)、反力カウンタ（ＹＲ）２６にかかる力をF_YR(t)とすると、（１２）式が成り立てばＹ方向について反力をキャンセルすることができる。
【００６９】
【数１３】

【００７０】
・・・（１２）
さらに、モーメント方向の反力について考える。図７にモーメント方向の反力について示す。図７に示すように、Ｘガイドバー２８にかかるモーメント反力をγ_x(t)、Xガイドバー２８の長さを2L_x、Ｙガイドバー２９にかかるモーメント反力をγ_y(t)、Ｙガイドバー２９の長さを2L_y、とすると、γ_x(t)、γ_y(t)は（１３）式で表される。
【００７１】
【数１４】

【００７２】
・・・（１３）
また、モーメントの反力γ(t)は、Ｘガイドバー２８にかかるモーメントγ_x(t)とＹガイドバー２９にかかるモーメントγ_y(t)の和なので、（１４）式が成り立てばモーメントの反力をキャンセルすることができる。
【００７３】
【数１５】

【００７４】
・・・（１４）
ここで、本発明の好適な実施の形態では、ＸＹスライダ３８を駆動すると同時に、コントローラ１００は、リニアモータ固定子からなる反力カウンタＸＦ（１２５）、ＸＢ（２５）、ＹＬ（１２４）、ＹＲ（２４）を、図４に示すリニアモータ固定子制御用リニアモータ１３３、３３、１３２、３２を制御することによって、（１５）式に示す力で駆動する。ここで、（１５）式に従えば、Ｘ方向の駆動用のリニアモータ（２５，２７，１２５，１２７）の駆動プロファイルにおける加速期間、Ｙ方向の駆動用のリニアモータ（２４，２６，１２４，１２６）の駆動プロファイルにおける加速期間、リニアモータ固定子制御用リニアモータ（１３３、３３、１３２、３２）の駆動プロファイルにおける加速期間とが一致し、かつ、Ｘ方向の駆動用のリニアモータ（２５，２７，１２５，１２７）の駆動プロファイルにおける減速期間、Ｙ方向の駆動用のリニアモータ（２４，２６，１２４，１２６）の駆動プロファイルにおける減速期間、リニアモータ固定子制御用リニアモータ（１３３、３３、１３２、３２）の駆動プロファイルにおける減速期間とが一致する。
【００７５】
【数１６】

【００７６】
・・・（１５）
リニアモータ１３３、３３、１３２、３２によって（１５）式のように反力カウンタＸＦ（１２５）、ＸＢ（２５）、ＹＬ（１２４）、ＹＲ（２４）を駆動することで、Ｘ方向にかかる力は（１６）式に示すようになる。
【００７７】
【数１７】

・・・（１６）
すなわち、（１１）式が成立するので、Ｘ方向の反力を完全にキャンセルすることができる。また、同様に、Ｙ方向にかかる力は（１７）式に示すようになる。
【００７８】
【数１８】

【００７９】
・・・（１７）
すなわち、（１２）式が成立するので、Ｙ方向の反力を完全にキャンセルすることができる。さらに、モーメントの反力についても、（１８）式のようになる。
【００８０】
【数１９】

【００８１】
・・・（１８）
【００８２】
【数２０】

・・・（１９）
（１９）式が成り立つα、βを選べば（１４）式が成り立ち、モーメントの反力も完全にキャンセルすることができる。例えば、（２０）式に示すようにα、βを選べば、モーメント反力を反力カウンタ（ＹＬ）１２４，（ＹＲ）２４のみに振り分けることができる。
【００８３】
【数２１】

【００８４】
・・・（２０）
また、（２１）式に示すようにα、βを選べば、モーメント反力を反力カウンタ（ＸＦ）１２５，（ＸＢ）２５のみに振り分けることができる。
【００８５】
【数２２】

【００８６】
・・・（２１）
また、（２２）式に示すようにα、βを選べば、モーメント反力を４つの反力カウンタ（ＸＦ）１２５，（ＸＢ）２５，（ＹＬ）１２４，（ＹＲ）２４に振り分けることができる。
【００８７】
【数２３】

【００８８】
・・・（２２）
リニアモータ固定子からなる反力カウンタＸＦ，ＸＢ，ＹＬ，ＹＲの重量と、ＸＹ可動部であるＸＹスライダ３８及びその上部にある天板３０、ウエハチャック３１、バーミラー５０，５１等並びにＸガイドバー２８、Ｙガイドバー２９の重量との比で、反力カウンタＸＦ，ＸＢ、ＹＬ，ＹＲの駆動ストロークが決まるので、反力カウンタのストロークを短くするには反力カウンタの重量をなるべく重くすることが望ましい。
【００８９】
以上説明したように、この実施の形態によれば、ＸＹスライダ３８を駆動するときの反力を、モーメント成分の反力を含めて完全に駆動装置内でキャンセルすることができる。
【００９０】
すなわち、本発明の好適な実施の形態の駆動装置によれば、ガイド面に沿ってＸＹ方向、すなわち２次元方向に移動可能な物体（例えば、ＸＹスライダ、天板、ウエハーチャック等を含む構造体）を移動させるときに、該物体をＸ方向に駆動するＸ方向用アクチュエータの加速期間と該物体をＹ方向に駆動するＹ方向用アクチュエータの加速期間とを等しくし（すなわち同期させ）、かつＸ方向用アクチュエータの減速期間とＹ方向用アクチュエータの減速期間を等しくし（すなわち同期させ）、これにより両アクチュエータに同時に加減速の力を発生させることにより、駆動開始位置から停止位置まで該物体を直線的に移動させることができるので、加速時の駆動反力のモーメント成分と減速時の駆動反力のモーメント成分とが等しくなり、モーメント成分を含む駆動反力を完全に相殺するように反力カウンタを移動しても反力カウンタは有効ストローク内で停止することができる。
【００９１】
また、本発明の好適な実施の形態によれば、上記駆動装置において座標(x₁,y₁)から座標(x₂,y₂)に物体を移動させるときの駆動力をFとしたときに、
【００９２】
【数２４】

で示される回転方向のモーメント反力γをコントローラ１００の制御の下で複数の反力カウンタのうちのいずれかに振り分けることによりモーメント反力を完全に相殺し又はその影響を軽減することができる。
【００９３】
さらに、例えば、図４のような４つの反力カウンタ（ＸＦ）１２５，（ＸＢ）２５，（ＹＬ）１２４、（ＹＲ）２４を持つ駆動装置において、座標(x₁,y₁)から座標(x₂,y₂)に物体を移動するときに、
Ｘ方向用のアクチュエータの加速期間とＹ方向用のアクチュエータの加速期間を等しくし（すなわち同期させ）、かつＸ方向用のアクチュエータの減速期間とＹ方向用のアクチュエータの減速期間を等しくし（すなわち同期させて）、これにより両アクチュエータに物体を同時に加減速させる。この時の該物体の駆動力をＦすると、回転方向のモーメント反力γは、
【００９４】
【数２５】

で示される。ここで、反力カウンタXFの駆動力をF_XF、反力カウンタXBの駆動力をF_XB、反力カウンタYRの駆動力をF_YR、反力カウンタYLの駆動力をF_YL、ステージの駆動力ＦのＸ方向反力成分をF_X、Ｙ方向反力成分をFyとすると、
【００９５】
【数２６】

（α、βは定数）
という力に相当する指令値に従ってリニアモータ固定子制御用リニアモータ１３３、３３、１３２、３２によって反力カウンタ（ＸＦ）１２５，（ＸＢ）２５，（ＹＬ）１２４、（ＹＲ）２４をそれぞれ駆動することで物体を移動させたときのＸＹ方向の反力及びモーメント反力を外に漏らすことなく駆動装置内で完全に相殺することが可能になる。
【００９６】
図８は、上記の駆動装置を基板ステージとして組み込んだ露光装置の概略構成を示す図である。この露光装置は、原版ステージ２２０に保持された原版（レチクル、マスク）２２１を照明光学系２１０により照明し、原版２２１のパターンを投影光学系２３０を介して基板ステージ（ウエハステージ）２４０上の基板（ウエハ）２４１に投影し基板２４１を露光する。ここで、基板ステージ２４０は、図４に示す駆動装置を適用して構成されている。
【００９７】
このように本発明の駆動装置を組み込んだ露光装置によれば、第１に、原版ステージの移動に伴う振動を低減することで、オーバーレイ精度、線幅精度等の精度やスループット等を向上させることができる。更に、ステージの加減速に伴う反力が床に及ぼす影響を小さくすることで、同一床に設置されている他の装置に与える影響を小さくすることができるとともに、他の装置との間隔を小さくすることができるので、複数の装置を設置する場合において１つの装置当たりに必要な床面積を小さくすることができる。
【００９８】
次に、上記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９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なう。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4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なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ7）する。
【００９９】
図１０は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。ステップ11（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ12（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ13（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ14（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ16（露光）では上記の露光装置によって回路パターンをウエハに転写する。ステップ17（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ18（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19（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なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【０１００】
なお、上述の本発明の好適な実施の形態では、それぞれ独立に移動可能な４つの反力カウンタ（ＸＦ）１２５，（ＸＢ）２５，（ＹＬ）１２４，（ＹＲ）２４を設けているが、これらの４つの反力カウンタの端部をそれぞれ連結して１つの反力カウンタとして構成しても良い。この場合には、モーメント成分の反力に対応する制御は多少困難になるが、反力カウンタと可動部の質量比はより大きくなるので、物体の駆動に伴う反力を相殺し又はその影響を低減する際の反力カウンタの移動量をより小さくできる。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、物体の駆動に伴う反力を相殺し又はその影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態の駆動装置（ステージ装置）における可動部の駆動方法を表すXY平面座標図である。
【図２】本発明の好適な実施の形態の駆動装置におけるXアクチュエータとYアクチュエータの駆動プロファイルを表す図である。
【図３】本発明の好適な実施の形態の駆動装置における可動部の駆動力、駆動速度、モーメント反力、及びモーメント反力を受けて移動する反力カウンタの移動速度を示す図である。
【図４】本発明の好適な実施の形態の駆動装置（ステージ装置）を表す図である。
【図５】一般的な可動部の移動方法における問題点を説明するためのXY平面座標図である。
【図６】駆動装置におけるXアクチュエータとYアクチュエータの一般的な駆動プロファイルを表す図である。
【図７】駆動装置のモーメント反力についての説明図である。
【図８】本発明の好適な実施の形態の駆動装置を基板ステージとして組み込んだ露光装置の概略構成を示す図である。
【図９】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。
【図１０】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。
【符号の説明】
４：基準構造体、５：θ，Ｚ軸チルトステージ、２４：リニアモータ固定子（反力カウンタ）YR、１２４：リニアモータ固定子（反力カウンタ）YL、２５：リニアモータ固定子（反力カウンタ）XB、１２５：リニアモータ固定子（反力カウンタ）XF、２６：リニアモータ可動子YR、１２６：リニアモータ可動子YL、２７：リニアモータ可動子XB、１２７：リニアモータ可動子XF、２８：Ｘガイドバー、２９：Ｙガイドバー、３０：天板、３１：ウエハチャック、３２：リニアモータ固定子位置制御用リニアモータYR、１３２：リニアモータ固定子位置制御用リニアモータYL、３３：リニアモータ固定子位置制御用リニアモータXB、１３３：リニアモータ固定子位置制御用リニアモータXF、３４：エアベアリング（静圧軸受け）、３５：エアベアリング、３８：ＸＹスライダー、１００：コントローラ

Claims

物体をガイド面に沿ってＸ方向及びＹ方向に移動させる駆動装置であって、
前記物体をＸ方向に駆動する第１アクチュエータと、
前記物体をＹ方向に駆動する第２アクチュエータと、
前記第１及び第２アクチュエータを制御する制御部と、
を備え、
前記第１及び第２アクチュエータは前記物体を駆動する際の反力を受けて移動する反力カウンタを有し、
前記制御部は、第１位置に静止している前記物体を第２位置に移動させて静止させる際に、前記第１アクチュエータが前記物体を加速させる加速期間と前記第２アクチュエータが前記物体を加速させる加速期間とが一致し、かつ、前記第１アクチュエータが前記物体を減速させる減速期間と前記第２アクチュエータが前記物体を減速させる減速期間とが一致するように、前記第１及び第２アクチュエータを制御し、前記第１位置と前記第２位置とを結ぶ直線上で前記物体を移動させることを特徴とする駆動装置。
前記反力カウンタは、前記第１アクチュエータの固定子としての第１反力カウンタと、前記第２アクチュエータの固定子としての第２反力カウンタを備えることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
前記第１反力カウンタを駆動する第３アクチュエータと、
前記第２反力カウンタを駆動する第４アクチュエータと、
を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
座標(x1,y1)から(x2,y2)に前記ステージを移動するときの駆動力をFとし、回転方向のモーメント反力γを

と計算し、
モーメント反力γを前記反力カウンタのうちのいずれかに振り分けて相殺または軽減することを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
物体をガイド面に沿ってＸ方向及びＹ方向に移動させる駆動装置であって、
前記物体を駆動する際の反力を受けて移動する第１反力カウンタとして機能する第１固定子を含んで構成され、前記物体をＸ方向に駆動する第１アクチュエータと、
前記物体を駆動する際の反力を受けて移動する第２反力カウンタとして機能する第２固定子を含んで構成され、前記物体をＹ方向に駆動する第２アクチュエータと、
前記第１反力カウンタを駆動する第３アクチュエータと、
前記第２反力カウンタを駆動する第４アクチュエータと、
前記第１、第２、第３及び第４アクチュエータを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、第１位置に静止している前記物体を第２位置に移動させて静止させる際に、前記第１位置と前記第２位置とを結ぶ直線上を前記物体が移動するように前記第１及び第２アクチュエータを制御するとともに、前記物体の駆動に伴う反力を相殺し又はその影響を軽減するように前記第３及び前記第４アクチュエータを制御することを特徴とする駆動装置。
前記制御部は、前記物体の駆動に伴うモーメント反力を相殺し又はその影響を軽減するように前記第３及び前記第４アクチュエータを制御することを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
前記制御部は、前記第１及び第２アクチュエータが前記物体を加速させる加速期間並びに前記第３及び第４アクチュエータが前記第１及び第２反力カウンタを加速させる加速期間が一致し、かつ、前記第１及び第２アクチュエータが前記物体を減速させる減速期間並びに前記第３及び第４アクチュエータが前記第１及び第２反力カウンタを減速させる減速期間が一致するように、前記第１、第２、第３及び第４アクチュエータを制御することを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
前記第１アクチュエータが、前記物体の−Ｙ方向側及び＋Ｙ方向側の各々に配置され、
前記第２アクチュエータが、前記物体の−Ｘ方向側及び＋Ｘ方向側の各々に配置されている、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の駆動装置。
前記第１アクチュエータが、前記物体の−Ｙ方向側及び＋Ｙ方向側の各々に配置され、
前記第２アクチュエータが、前記物体の−Ｘ方向側及び＋Ｘ方向側の各々に配置されていて、
前記駆動装置は、
一対の前記第１アクチュエータの第１反力カウンタをそれぞれ駆動する一対の第３アクチュエータと、
一対の前記第１アクチュエータの第１反力カウンタをそれぞれ駆動する一対の第４アクチュエータと、
を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
物体をガイド面に沿ってＸ方向及びＹ方向に移動させる駆動装置であって、
前記物体の−Ｙ方向側及び＋Ｙ方向側の各々に配置され、前記物体を駆動する際の反力を受けて移動する第１反力カウンタとして機能する第１固定子を各々含で構成され、前記物体をＸ方向に駆動する一対の第１アクチュエータと、
前記物体の−Ｘ方向側及び＋Ｘ方向側の各々に配置され、前記物体を駆動する際の反力を受けて移動する第２反力カウンタとして機能する第２固定子を各々含で構成され、前記物体をＹ方向に駆動する第２アクチュエータと、
一対の前記第１アクチュエータの第１反力カウンタをそれぞれ駆動する一対の第３アクチュエータと、
一対の前記第１アクチュエータの第１反力カウンタをそれぞれ駆動する一対の第４アクチュエータと、
前記一対の第１、第２、第３及び第４アクチュエータを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、第１位置に静止している前記物体を第２位置に移動させて静止させる際に、前記第１位置と前記第２位置とを結ぶ直線上を前記物体が移動するように前記一対の前記第１及び第２アクチュエータを制御するとともに、前記物体の駆動に伴う反力を相殺し又はその影響を低減するように前記一対の第３アクチュエータ及び前記一対の第４アクチュエータを制御することを特徴とする駆動装置。
前記制御部は、前記物体の駆動に伴うモーメント反力を相殺し又はその影響を低減するように前記一対の第３アクチュエータ及び前記一対の第４アクチュエータを制御することを特徴とする請求項９に記載の駆動装置。
物体をガイド面に沿ってＸ方向及びＹ方向に移動させる駆動装置であって、前記駆動装置は、
前記物体をＸ方向に駆動する第１アクチュエータと、
前記物体をＹ方向に駆動する第２アクチュエータとを備え、
前記第１及び第２アクチュエータは、前記物体を駆動する際の反力を受けて移動する第１及び第２反力カウンタを有し、
前記駆動装置は、更に、
前記第１及び第２反力カウンタを駆動する第３及び第４アクチュエータと、
前記第１、第２、第３、第４アクチュエータを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、第１位置に静止している前記物体を第２位置に移動させて静止させる際に、前記第１位置と前記第２位置とを結ぶ直線上を前記物体が移動するように前記第１及び第２アクチュエータを制御し、前記第１及び第２アクチュエータが前記物体を駆動する駆動力と前記第１位置及び第２位置の座標から前記物体の駆動に伴うモーメント反力を演算し、該モーメント反力の影響を前記第１及び第２反力カウンタによって低減するように前記第３及び第４アクチュエータを制御することを特徴とする駆動装置。
前記制御部は、前記第１アクチュエータが前記物体を加速させる加速期間と前記第２アクチュエータが前記物体を加速させる加速期間とが一致し、かつ、前記第１アクチュエータが前記物体を減速させる減速期間と前記第２アクチュエータが前記物体を減速させる減速期間とが一致するように、前記第１及び第２アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１２に記載の駆動装置。
露光装置であって、
基板を保持するチャックを含む構造体を駆動する基板ステージとして構成された請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の駆動装置と、
基板にパターンを投影する投影光学系と、
を含むことを特徴とする露光装置。
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の駆動装置を有することを特徴とする露光装置。
デバイス製造方法であって、
基板に感光剤を塗布する工程と、
前記基板を請求項１４又は請求項１５に記載の露光装置によって露光する工程と、
前記基板を現像する工程と、
を含むことを特徴とするデバイス製造方法。