JP3804786B2

JP3804786B2 - Exposure apparatus and exposure method

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Publication number: JP3804786B2
Application number: JP2002305402A
Authority: JP
Inventors: 明光蛯原; ノヴァクトーマス
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-06-27
Filing date: 2002-10-21
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2021-08-02
Also published as: HK1035431A1; KR100281860B1; JP3804787B2; GB9512659D0; HK1026767A1; HK1017824A1; GB9817493D0; GB2325564B; GB2325566B; GB9825844D0; GB2325564A; KR100281857B1; JP4687911B2; GB2329520A; GB2325563B; HK1035432A1; GB2325565B; JPH0863231A; GB2329519A; JP2007242034A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、正確に運動することのできる運動可能なステージ装置に関し、より詳細には、１つの直線方向において運動可能であって、高精度の位置決め及び高速の運動を行うことのできる、ステージ装置に関し、そのようなステージ装置は、マイクロリソグラフ装置において特に好ましく使用される。
【０００２】
【従来の技術】
ウエーハステッパにおいては、結像されるレティクルに対する露光フィールドのアライメントがそのフィールド内に露光される回路のでき具合に影響する。走査型露光装置においては、レティクル及びウエーハは、露光シーケンスの間に、同時に移動し、互いに走査される。本発明は、そのような装置に関して、正確な走査運動を行うための装置を開示する。
【０００３】
高精度を得るためには、ステージは、機械的な外乱から絶縁する必要がある。これは、電磁力を用いて、ステージを位置決め及び移動させることにより、達成される。また、高い制御帯域幅も必要とされ、これは、ステージが軽量であり、ステージが可動部を有しない必要がある。また、ステージは、干渉計の計測を阻害する恐れのある過剰の熱の発生、あるいは、アライメント精度を低下させる機械的な変化があってはならない。
【０００４】
米国特許第４，５０６，２０４号、第４，５０６，２０５号、及び、第４，５０７，５９７号に開示される如き、無整流型の電磁アライメント装置は、経済的ではなく、その理由は、そのような電磁アライメント装置は、市販されていないような、大きな磁石及びコイルから成るアセンブリを製造する必要があるからである。ステージの重量、及び、発生する熱も、そのような設計を高精度の用途に応用することを不適切にする。
【０００５】
上述の如き無整流子型の装置に対する改善が、米国特許第４，９５２，８５８号に開示されており、この米国特許は、平面における大きな変位移動を行なう、ＸＹ方向に機械的に案内される、通常のサブステージを用いており、これにより、大きな磁石及びコイルから成るアセンブリの必要性を排除している。サブステージに設けられる電磁手段は、ステージを機械的な外乱から絶縁する。しかしながら、サブステージ及びステージを合わせた重量は、依然として、低い制御帯域幅をもたらし、ステージを支持する電磁要素によって発生される熱も依然としてかなりのものである。
【０００６】
整流型の電磁手段を用いる一般的な装置は、従来技術の無整流子型の手段に比較して、かなりの改善を示すが、低い制御帯域幅、及び、干渉計の干渉の問題は、依然として残っている。そのような装置においては、サブステージは、１つの直線方向に電磁力を用いて移動され、一方、サブステージに設けられた整流型の電磁手段が、ステージをその直交方向に動かす。上記サブステージは重たく、その理由は、ステージを動かすための磁気軌道を担持しているからである。また、ステージ上での放熱が、干渉計の精度を低下させる。
【０００７】
また、コイル及び磁石から成る、平行な２つのリニアモータを用いて、運動可能な部材（ステージ）を、ある長い（例えば、１０ｃｍよりも長い）直線方向において動かすことが知られている。この場合には、ステージは、ある種の直線的なガイド部材によって、案内され、上記ガイド部材に対して平行に設けられたリニアモータによって、一直線方向に駆動される。ステージを、極めて小さいストロークの範囲だけ駆動する時には、上述の従来技術に開示されているように、幾つかの電磁アクチュエータの複合体に基づくガイドレス構造を採用することができる。しかしながら、ガイドレスステージをある直線方向において長い距離動かすためには、従来技術におけるように、特殊に構成された電磁アクチュエータが必要となって、装置の寸法が大きくなり、その結果、より大きな電力を消費するという問題が生ずる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、電磁力を用いて、ガイドレスステージを長い直線運動の方向に動かすことを可能とし、また、小さな慣性力及び高い応答を達成する、軽量の装置を提供することである。
【０００９】
また、本発明の目的は、１つの直線方向の運動を行わせるための電磁アクチュエータとして、市販の通常のリニアモータを用いて、ガイドレスステージ装置を提供することである。
【００１０】
また、本発明の目的は、上記長い直線運動の方向に対して直交する方向において接触することなく、小さな変位にわたって、能動的に正確に位置決め制御を行うことのできる、ガイドレスステージ装置を提供することである。
【００１１】
更に、本発明の目的は、１つの直線方向に動く運動可能な部材（ステージ本体）、及び、同じ方向に順次動いて、その運動部材との間に一定のスペースを常時維持する第２の運動可能な部材を提供すると共に、上記第２の運動可能な部材とステージ本体との間に、上記直線方向と直交する方向の電磁力（作用力及び反力）をもたらすことにより、完全に非接触型のステージ装置を提供することである。
【００１２】
また、本発明の目的は、物体を支持しながら移動する非接触型のステージ本体に接続される、種々のケーブル（電線）及び管の張力が変化するために、位置決め及び走行精度が低下することを防止することのできる、非接触型のステージ装置を提供することである。
【００１３】
また、本発明の目的は、第１の運動可能な部材及び第２の運動可能な部材を平行に配列し、これら第１及び第２の運動可能な部材を互いに反対の直線方向に動かすようにすることにより、その高さが低い非接触型の装置を提供することである。
更に、本発明の目的は、非接触型のステージ本体が、ある直線方向に動いても、装置全体の重心の位置が変化しないように構成された装置を提供することである。
【００１４】
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、一実施例を表す図面に対応付けて説明すると、請求項１記載の露光装置は、基準面の上で少なくとも第１方向に動くレチクルステージ（１４）を備え、レチクル（４４）のパターンを基板に露光する露光装置であって、(a) 第１方向に移動することができるカウンターウエート（２２）と、(b) 第１方向に向かう駆動力を発生するように、レチクルステージ（１４）に設けられた第１磁化部材（５４Ａ，５４Ｂ）と、カウンターウエート（２２）に設けられた第２磁化部材（５６Ａ，５６Ｂ）とを備え、レチクルステージ（１４）を電磁的に駆動する駆動手段（５４，５６）と、(c) レチクルステージ（１４）とカウンターウエート（２２）の下方に設けられ、レチクルのパターンを基板に投影する投影光学装置（ＰＬ）とを備え、投影光学装置（ＰＬ）の上方においてレチクルステージ（１４）は第１流体軸受（４８）を介して移動し、カウンターウエート（２２）は第１流体軸受（４８）とは異なる位置に設けられた第２流体軸受（３２）を介してベース構造（１２）の上で移動し、駆動手段（５４，５６）の励起により、レチクルステージ（１４）とカウンターウエート（２２）とが、第１方向においてそれぞれ逆方向に移動している。
【００１６】
【００１７】
請求項２記載の露光装置は、第１磁化部材と第２磁化部材との一方がコイル（５４Ａ，５４Ｂ）であり、第１磁化部材と第２磁化部材との他方が磁石（５６Ａ，５６Ｂ）である。
【００１８】
請求項３記載の露光装置は、レチクルステージ（１４）の位置を検出するレーザ干渉計装置（１５）を備えている。
請求項４記載の露光装置は、駆動手段（５４，５６）がレチクルステージ（１４）のヨーイングを補正している。
【００１９】
請求項５記載の露光装置は、駆動手段が一対の駆動アセンブリ（５４Ａ，５６Ａ，５４Ｂ，５４Ｂ）を有し、駆動アセンブリはレチクルステージの対向する側部（４２Ａ，４２Ｂ）に設けられている。
請求項６記載の露光装置は、カウンターウエート（２２）が第１方向に沿ったアーム（２６）を有している。
【００２０】
請求項７記載の露光装置は、カウンターウエート（２２）が矩形状である。
請求項８記載の露光装置は、カウンターウエート（２２）の位置を調節するリニアモータを設けている。
【００２１】
請求項９記載の露光装置は、レチクルステージ（１４）が走査されている間にレチクル（４４）のパターンを基板に露光する走査型露光装置である。
請求項１０記載の露光方法は、基準面の上で少なくとも第１方向に移動するレチクルステージ（１４）を備え、レチクル（４４）のパターンを基板に露光する露光方法であって、第１流体軸受（４８）を介して移動するレチクルステージ（１４）に設けられた第１磁化部材（５４Ａ，５４Ｂ）と、第２流体軸受（３２）を介してベース構造の上で移動するカウンターウエート（２２）に設けられた第２磁化部材（５６Ａ，５６Ｂ）とを備えた駆動手段により、レチクルステージ（１４）を第１方向に動かす作用力を与えるステップと、カウンターウエート（２２）が作用力に応じて反対方向に移動するステップと、レチクルステージ（１４）とカウンターウエート（２２）との下方に設けられた投影光学装置（ＰＬ）によりレチクル（４４）のパターンを基板に投影するステップと、を含んでいる。
【００２２】
【００２３】
請求項１１記載の露光方法は、第１磁化部材と第２磁化部材との一方はコイル（５４Ａ，５４Ｂ）であり、第１磁化部材と第２磁化部材との他方は磁石（５６Ａ，５６Ｂ）である。
【００２４】
請求項１２記載の露光方法は、レーザ干渉計装置（１５）によりレチクルステージ（１４）の位置を検出するステップを含んでいる。
請求項１３記載の露光方法は、駆動手段（５４、５６）によりレチクルステージ（１４）のヨーイングを補正するステップを含んでいる。
【００２５】
請求項１４記載の露光方法は、駆動手段は一対の駆動アセンブリ（５４Ａ，５６Ａ，５４Ｂ，５６Ｂ）を有し、駆動アセンブリはレチクルステージの対向する側部（４２Ａ，４２Ｂ）に設けられている。
請求項１５記載の露光方法は、カウンターウエート（２２）が第１方向に沿ったアーム（２６）を有している。
【００２６】
請求項１６記載の露光方法は、カウンターウエート（２２）が矩形状である。
請求項１７記載の露光方法は、カウンターウエート（２２）の位置をリニアモータにより調節するステップを含んでいる。
請求項１８記載の露光方法は、レチクル（４４）のパターンがレチクルステージ（１４）の走査されている間に基板に露光される。
請求項１９記載の露光装置は、第１方向と実質的に直交する第２方向にレチクルステージ（１４）を移動する電磁手段（７０）を備えている。
【００２７】
本発明の他の目的及び特徴は、全体を通じて、同様の参照符号により同様の要素を示している、図面を参照しながら、以下の記載を読むことにより、より明らかとなろう。
【００２８】
【作用】
請求項１記載の露光装置は、投影光学装置（ＰＬ）の上方において、駆動手段（５４，５６）の励起により、レチクルステージ（１４）とベース構造（１２）の上で移動するカウンターウエート（２２）とが、第１方向においてそれぞれ逆方向に移動しているので、レチクルステージ（１４）とベース構造（１２）との間の反作用力を実質的に排除した状態で投影光学装置（ＰＬ）がレチクル（４４）のパターンを基板に露光することができる。
【００２９】
また、請求項１記載の露光装置は、レチクルステージ（１４）が第１流体軸受（４８）によりギャップを持って基準面の上を移動し、カウンターウエート（２２）が第２流体軸受（３２）によりギャップを持って移動している。
【００３０】
請求項２記載の露光装置は、コイル（５４Ａ，５４Ｂ）と磁石（５６Ａ，５６Ｂ）とを用いてレチクルステージ（１４）を第１方向に移動している。
【００３１】
請求項３記載の露光装置は、レーザ干渉計装置（１５）がレチクルステージ（１４）の位置を検出している。
請求項４記載の露光装置は、駆動手段（５４，５６）によりレチクルステージ（１４）のヨーイングを補正することができる。
【００３２】
請求項５記載の露光装置は、レチクルステージの対向する側部（４２Ａ，４２Ｂ）に設けられている一対の駆動アセンブリ（５４Ａ，５６Ａ，５４Ｂ，５４Ｂ）がレチクルステージ（１４）を第１方向に移動している。
請求項６記載の露光装置は、第１方向に沿ったアーム（２６）によりカウンターウエート（２２）を構成することができる。
【００３３】
請求項７記載の露光装置は、矩形状の部材によりカウンターウエート（２２）を構成することができる。
請求項８記載の露光装置は、リニアモータによりカウンターウエート（２２）の位置を調節することができる。
【００３４】
請求項９記載の露光装置は、レチクルステージ（１４）の走査露光中の重心位置を維持することができる。
請求項１０記載の露光方法は、投影光学装置（ＰＬ）の上方において、駆動手段（５４，５６）の励起により、レチクルステージ（１４）とカウンターウエート（２２）とが、第１方向においてそれぞれ逆方向に移動しているので、レチクルステージ（１４）とベース構造（１２）との間の反作用力を実質的に排除した状態で投影光学装置（ＰＬ）がレチクル（４４）のパターンを基板に露光することができる。
【００３５】
また、請求項１０記載の露光方法は、レチクルステージ（１４）が第１流体軸受（４８）によりギャップを持って基準面の上を移動し、カウンターウエート（２２）が第２流体軸受（３２）によりギャップを持って移動している。
【００３６】
請求項１１記載の露光方法は、コイル（５４Ａ，５４Ｂ）と磁石（５６Ａ，５６Ｂ）とを用いてレチクルステージ（１４）を第１方向に移動している。
【００３７】
請求項１２記載の露光方法は、レーザ干渉計装置（１５）がレチクルステージ（１４）の位置を検出している。
請求項１３記載の露光方法は、駆動手段（５４，５６）によりレチクルステージ（１４）のヨーイングを補正することができる。
【００３８】
請求項１４記載の露光方法は、レチクルステージの対向する側部（４２Ａ，４２Ｂ）に設けられている一対の駆動アセンブリ（５４Ａ，５６Ａ，５４Ｂ，５４Ｂ）がレチクルステージ（１４）を第１方向に移動している。
請求項１５記載の露光方法は、第１方向に沿ったアーム（２６）をカウンターウエート（２２）としている。
【００３９】
請求項１６記載の露光方法は、矩形状のカウンターウエート（２２）としている。
請求項１７記載の露光方法は、リニアモータによりカウンターウエート（２２）の位置を調節することができる。
請求項１８記載の露光方法は、レチクルステージ（１４）とベース構造（１２）との間の走査露光中の反作用力を実質的に排除することができる。
請求項１９記載の露光装置は、電磁手段により第１方向と実質的に直交する第２方向に前記レチクルステージを移動することができる。
なお、以上の所定の要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。
【００４０】
【実施例】
上述の主要な目的を達成するために、本発明は以下の如き特徴を有するように構成される。
高精度の位置及び運動の制御を行うことのできる装置を以下に開示する。本装置は、整流型のリニアモータを用いて、ガイドレスステージを、ある平面において１つの長い直線方向に動かし、また、小さなヨー回転を行わせる。単一のボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を保持するキャリア／従動子が、上記長い直線運動の方向において、上記ステージを概ね追従するように制御される。上記ＶＣＭは、上記長い直線運動の方向に対して直交する直線方向において、上記ステージを上記平面において微小距離だけ動かすための、電磁力をもたらす。上記従動子の設計は、ステージに対するケーブルの抗力の問題を解消するが、その理由は、ステージに接続された上記ケーブルは、キャリア／従動子を介して、ステージを追従するからである。キャリア／従動子を外部装置に接続するケーブルは、ある量の抗力を有することになるが、ステージはそのような外部影響（外因）を受けることがなく、その理由は、キャリア／従動子上のＶＣＭが、ステージに対する機械的な外乱の伝達を阻止することにより、バッファとして作用するからである。
【００４１】
本発明の特殊な特徴として、整流型のリニアモータが、ステージの両側部に設けられ、駆動フレームに取り付けられている。各々の整流型のリニアモータは、コイル部材及び磁石部材を備えており、これら部材の一方は、ステージの両側部の一方に取り付けられ、また、上記部材の他方は、駆動フレームに取り付けられている。両方のモータは、同じ方向に駆動される。これらモータを、若干異なる距離だけ駆動することにより、ステージの微小ヨー回転が生ずる。
【００４２】
本発明の別の特徴によれば、可動カウンターウエートが設けられ、これにより、ステージが運動する間には常に、運動量保存の法則を用いて、ステージ装置の重心の位置を維持する。本発明の一実施例においては、各々のリニアモータの一方の部材を担持する駆動フレームが、ベース構造の上で懸架されており、駆動アセンブリが、上記ベース構造の上方で上記ステージを一方へ動かす作用力を与えると、駆動フレームは、その反作用力に応じて、反対方向に動き、これにより、装置の重心を実質的に維持する。本装置は、ステージ装置とこのステージ装置が設けられているベース構造との間の反作用力を実質的に排除し、これにより、大きな加速力を可能にすると共に、装置に対する振動の影響を極めて少なくする。
【００４３】
ステージの運動を３つの特定の自由度に制限することにより、装置は簡単になる。市販の電磁部品を用いることにより、装置の設計は、ステージの寸法の変更に対して、容易に適合することができる。この高精度の位置決め装置は、走査型露光装置のレティクルスキャナとして使用されるのに、理想的であり、ある直線方向において円滑且つ正確な走査運動をもたらすと共に、走査方向に対して直交する方向の小さな変位移動、並びに、平面における小さなヨー回転量を制御することにより、正確なアライメントを確実に行う。
本発明は、一般に、電磁式アライメント装置に応用することができるが、好ましい実施例は、図１乃至図８に示すレティクルステージ用の走査装置を含む。
次に図面を参照すると、本発明の位置決め装置１０は、その上方にレティクルステージ１４が所望の如く運動するように懸架されている、ベース構造１２と、レティクルステージの位置を追跡するレーザ干渉計装置１５と、位置センサ１３と、ＣＰＵ１６’（図８参照）によって作動される、位置制御装置１６とを備えている。
【００４４】
細長い位置決めガイド１７が、ベース１２に設けられており、また、サポートブラケット１８（図示の実施例においては、２つのブラケット）が、例えば空気軸受２０によって、ガイド１７上で運動可能に支持されている。サポートブラケット１８は、レティクルステージ１４をＸ方向に動かしまたわずかにヨー回転させるための、磁気軌道アセンブリの形態の駆動アセンブリ２２すなわち駆動フレームに接続されている。この駆動フレームは、平行に隔置された一対の磁気軌道アーム２４、２６を備えており、これら磁気軌道アームは、横断アーム２８、３０によって互いに接続され、開放された矩形体を形成している。好ましい実施例においては、駆動フレーム２２は、例えば空気軸受３２によって、ベース構造１２の上で運動可能に支持されており、これにより、上記フレームは、上記ベース構造の上で、ガイド１７の長手方向の軸線に沿った方向に自由に運動する。この方向は、レティクルステージの走査運動が必要とされる主軸方向である。本明細書で使用する「一つの方向」又は「第１の方向」は、フレーム２２又はレティクルステージ１４が、ガイド１７の長手方向の軸線に沿ったＸ方向において、前方又は後方に移動することを意味する。
【００４５】
次に、図１及び図７を参照して更に説明すると、Ｘ方向に細長いガイド部材すなわち案内部材１７は、前方及び後方のガイド面１７Ａ、１７Ｂを有しており、これらガイド面は、ベース構造１２の表面１２Ａに対して、概ね直交している。前方ガイド面１７Ａは、矩形の駆動フレーム２２に面しており、サポートブラケット１８の内側に固定された空気軸受２０を案内する。サポートブラケット１８は、駆動フレーム２２のガイド部材に対して平行なアーム２４の上面の各端部に取り付けられている。また、各々のサポートブラケット１８は、フック形状に形成され、Ｙ方向においてガイド部材１７を跨いでおり、その自由端は、ガイド部材１７の後側の後方ガイド面１７Ｂに面している。空気軸受２０’は、サポートブラケット１８の自由端の内側で固定され、後方ガイド面１７Ｂに面している。従って、各々のサポートブラケット１８のＹ方向における移動は、ガイド部材１７及び空気軸受２０、２０’によって拘束されており、Ｘ方向においてだけ移動することができる。
【００４６】
次に、本発明の第１の実施例によれば、駆動フレーム２２の４つの矩形の部品の底面に固定された空気軸受３２は、空気層を形成し、パッド面とベース構造１２の表面１２Ａとの間に、一定のギャップすなわち間隙（１μｍから数μｍ未満）を持っている。駆動フレームは、空気層によって、表面１２Ａから浮揚され、垂直方向（Ｚ方向）において支持されている。後に詳細に説明するが、図１においては、細長いアーム２４の上側部の上方に位置しているキャリア／従動子６０が、ガイド部材１７の両面１７Ａ、１７Ｂに面するブラケット６２によって支持された空気軸受６６Ａ、６６Ｂによって、横方向（Ｙ方向）において支持され、また、ベース構造１２の表面１２Ａの上方で、垂直方向（Ｚ方向）において支持されている。従って、キャリア／従動子６０は、駆動フレーム２２のいずれの部分にも接触しないように、支持されている。従って、駆動フレーム２２は、ベースの表面１２Ａの上方でガイド部材１７によって側面から案内され、Ｘ方向においてのみ直線的に動く。
【００４７】
次に、図１及び図２を参照して、レティクルステージ１４及び駆動フレーム２２から成る構造を説明する。レティクルステージ１４は、主本体４２を備えており、該主本体の開口４６の上方に、レティクル４４が設けられている。レティクル本体４２は、対向する一対の側部４２Ａ、４２Ｂを備えており、例えば空気軸受４８によって、ベース構造１２の上方に置かれ、懸架されている。複数の干渉計ミラー５０が、レティクルステージ１４の主本体４２に設けられており、上記干渉計ミラーは、レーザ干渉計の位置感知装置１５（図８参照）と共に作動して、位置制御装置１６へ与えられるレティクルステージの正確な位置を決定し、これにより、レティクルステージ１４を所望の如く動かすための適正な駆動信号を導く。
【００４８】
レティクルステージ１４の基本的な運動は、第１の電磁駆動アセンブリ、すなわち、対向する側部４２Ａ、４２Ｂの各々に設けられた別個の駆動アセンブリ５２Ａ、５２Ｂの形態をした手段によって、行われる。駆動アセンブリ５２Ａ、５２Ｂは、レティクルステージ１４の側部４２Ａ、４２Ｂにそれぞれ固定された駆動コイル５４Ａ、５４Ｂを備えており、これら駆動コイルは、駆動フレーム２２の磁気軌道アーム２４、２６の磁気軌道５６Ａ、５６Ｂと協働する。本発明の好ましい実施例においては、上記磁気コイルは、駆動フレーム２２に取り付けられているが、電磁駆動アセンブリ５２のそのような要素の配置は、逆転させることができる。
【００４９】
ここで、レティクルステージ１４の構造を更に詳細に説明する。図１に示すように、ステージ本体４２は、駆動フレーム２２の中の矩形の空間の中でＹ方向に動けるように、装着されている。ステージ本体４２の４つのコーナー部の各々の下で固定された空気軸受４８は、パッド面とベースの表面１２Ａとの間に、極めて小さなエアーギャップを形成し、ステージ１４全体を表面１２Ａから浮揚させてこれを支持する。上記エアーギャップ４８は、表面１２Ａに対する真空吸引を行うための凹所を有する、予圧型のものであるのが好ましい。
【００５０】
図２に示すように、ステージ本体４２の中央の矩形の開口４６が設けられており、これにより、レティクル４４に形成されたパターンの投影像が、上記開口を通過することができる。投影像が、矩形の開口４６を通って、矩形の開口の下方に設けられた投影光学装置ＰＬ（図７参照）を通過することができるように、ベース構造１２の中央部に、他の開口１２Ｂが設けられている。レティクル４４は、クランプ部材４２Ｃによって、ステージ本体の表面に載置されると共に、真空圧によって吸着されており、上記クランプ部材は、矩形の開口４６の周囲の４点で突出して設けられている。
【００５１】
次に、アーム２６付近でステージ本体４２の側部４２Ｂに隣接して固定されている、干渉計ミラー５０Ｙは、Ｘ方向において細長い垂直な反射面を有しており、上記干渉計ミラーの長さは、Ｘ方向において、ステージ１４の運動ストロークよりも幾分長く、Ｙ軸干渉計からのレーザビームＬＢＹが、上記反射面に対して直交して入射する。図２においては、レーザビームＬＢＹは、ベース構造１２の側部に固定されたミラー１２Ｄによって、直角に曲げられている。
【００５２】
図２の線３−３に関する部分的な断面図である図３を参照すると、干渉計ミラー５０Ｙの反射面に入射するレーザビームＬＢＹは、クランプ部材４２Ｃに取り付けられたレティクル４４の底面（パターンが形成される表面）と同じ平面に置かれる。また、図３においては、ガイド部材１７のガイド面１７Ｂに面するサポートブラケット１８の端面に作用する空気軸受２０も示されている。
【００５３】
図１及び図２を再度参照すると、Ｘ１軸線の干渉計からのレーザビームＬＢＸ１が入射し、干渉計ミラー５０Ｘ１で反射する。また、Ｘ２軸線の干渉計からのレーザビームＬＢＸ２が入射し、干渉計ミラー５０Ｘ２で反射する。これら２つのミラー５０Ｘ１、５０Ｘ２は、コーナーキューブ型のミラーとして構成されており、ステージ１４がヨー回転する場合でも、上記ミラーは、レーザビームの入射軸及び反射軸を、ＸＹ平面の中で常に平行に維持する。また、図２のブロック１２Ｃは、レーザビームＬＢＸ１、ＬＢＸ２を各々のミラー５０Ｘ１、５０Ｘ２に向けるためのプリズムの如き光学ブロックであり、該光学ブロックは、ベース構造１２の部品に固定されている。ＬＢＹレーザビームに関する対応するブロックは図示されていない。
【００５４】
図２においては、２つのレーザビームＬＢＸ１、ＬＢＸ２の各々の中心線の間のＹ方向における距離ＢＬは、ヨー回転の量すなわちヨー回転量を計算するために使用される基準線の長さである。従って、Ｘ１軸線の干渉計のＸ方向における測定値ΔＸ１とＸ２軸線の干渉計のＸ方向における測定値ΔＸ２との間の差を基準線の長さＢＬで割った値は、極めて小さい範囲におけるヨー回転量に概ね等しい。また、ΔＸ１及びΔＸ２の和の半分の値は、ステージ１４全体のＸ座標位置を表す。これらの計算は、図８に示す位置制御装置１６の高速デジタルプロセッサで行われる。
【００５５】
更に、各々のレーザビームＬＢＸ１、ＬＢＸ２の中心線は、レティクル４４にパターンが形成される表面と同じ表面に設定される。レーザビームＬＢＸ１、ＬＢＸ２の各々の中心線の間のスペースを半分に分割する、図２に示される線ＧＸの延長線、及び、レーザビームＬＢＹの延長線は、パターンが形成される表面と同じ表面の中で交差する。更に、光学軸線ＡＸ（図１及び図７参照）も、図１に示すように、上記交点を通る。図１においては、光学軸線ＡＸを含むスリット形状の照射フィールドＩＬＳが、レティクル４４の上に示されており、また、レティクル４４のパターン像が、走査されて、投影光学装置ＰＬを介して、感光性の基板に露光される。
【００５６】
また、図１及び図２には、ステージ本体４２の側部４２Ａに固定された２つの矩形状のブロック９０Ａ、９０Ｂが設けられている。これらのブロック９０Ａ、９０Ｂは、キャリア／従動子６０に取り付けられた第２の電磁アクチュエータ７０からのＹ方向の駆動力を受け取る。細部については後に説明する。
【００５７】
ステージ本体４２の両側に固定された駆動コイル５４Ａ、５４Ｂは、ＸＹ平面に対して平坦で平行に形成され、磁気軌道５６Ａ、５６ＢのＸ方向に、接触することなく伸長するスロットの磁束空間を運動する。この実施例において使用される駆動コイル５４及び磁気軌道５６から成るアセンブリは、市販で容易に入手可能な、汎用型のリニアモータであり、整流子を有していても有していなくても良い。
【００５８】
ここで、実際の設計を考えると、レティクルステージ１４の移動ストロークは大体、レティクル４４のサイズ（露光のための走査を行う時に必要とされる移動量、及び、レティクルを交換するために、照射光学装置からレティクルを取り除く時に必要とされる移動量）により決定される。この実施例においては、６インチのレティクルを用いる場合には、移動ストロークは約３０ｃｍである。
上で説明したように、駆動フレーム２２及びステージ１４は、独立して浮揚し、ベースの表面１２Ａの上で支持され、同時に、磁気作用及び反力が、リニアモータ５２によってのみ、Ｘ方向に互いに作用される。これにより、運動量保存の法則が、駆動フレーム２２とステージ１４との間に働く。
【００５９】
次に、レティクルステージ１４の全重量が、サポートブラケット１８を含むフレーム２２の全重量の約５分の１であと仮定すると、ステージ１４のＸ方向における３０ｃｍの前進運動が、駆動フレーム２２をＸ方向に６ｃｍ後退させる。これは、ベース構造１２の上における装置の重心の位置が、Ｘ方向において実質的に固定されていることを意味する。Ｙ方向においては、大きな重量の物体は移動しない。従って、Ｙ方向における重心の位置の変動も、比較的少ない。
【００６０】
ステージ１４は、上述のように、Ｘ方向に運動することができるが、移動コイル（５４Ａ、５４Ｂ）、及び、リニアモータ５２の固定子は、Ｘ方向のアクチュエータがない場合には、Ｙ方向において互いに干渉する（衝突する）。従って、本発明の特徴的な構成要素である、キャリア／従動子６０及び第２の電磁アクチュエータ７０が、ステージ１４をＹ方向において制御するために設けられている。
【００６１】
次に、図１、図２、図３及び図７を参照して、その構造を説明する。
図１に示すように、キャリア／従動子６０は、ガイド部材１７を跨いでいるフック形状のサポートブラケット６２によって、Ｙ方向に運動可能に取り付けられている。また、図２から明らかなように、キャリア／従動子６０は、アーム２４の上方に設けられ、ステージ１４（本体４２）とアーム２４との間に、あるスペースを維持している。キャリア／従動子６０の一端部６０Ｅは、アーム２４の上方で、実質的に内方へ（ステージ本体４２に向かって）突出している。この端部部品の中では、磁気軌道５６Ａのスロットのスペースに入る駆動コイル６８（コイル５４と同じ形状）が固定されている。
【００６２】
また、ブラケット６２によって支持されて、ガイド部材１７のガイド面１７Ａに面している空気軸受６６Ａ（図２、図３、図４及び図７参照）が、キャリア／従動子６０のガイド部材とアーム２４との間のスペースの中で固定されている。キャリア／従動子６０を浮揚させて該キャリア／従動子をベースの表面１２Ａの上で支持する空気軸受６６も、図３に示されている。
【００６３】
ガイド部材１７のガイド面１７Ｂに接する空気軸受６６Ｂも、空気軸受６６Ａとは反対側のフックの側部に設けられるサポートブラケット６２の自由端に固定されており、上記空気軸受６６Ａと６６Ｂとの間に、ガイド部材１７が位置している。
【００６４】
次に、図７から明らかなように、キャリア／従動子６０は、磁気軌道５６Ａ及びステージ本体４２に関して、それぞれＹ方向及びＺ方向において、あるスペースを維持するように配置されている。図７には、投影光学装置ＰＬと、ベース構造１２を上記投影光学装置ＰＬの上方に支持するためのコラムロッドＣＢとが示されている。そのような構造は、投影アライナーに対しては一般的であり、ベース構造１２の上方の上記構造の重心の不必要な移動が、コラムロッドＣＢと投影光学装置ＰＬとの間の横方向のずれを生じることがあり、従って、露光の際に、感光性の基板の上の像の歪みを生ずる。従って、ステージ１４の運動が、ベース構造１２の上方の重心を移動させない、本実施例の如き装置の利点は、重要である。
【００６５】
また、図４を参照して、キャリア／従動子の構造を説明する。図４においては、理解を容易にするために、キャリア／従動子６０が、２つの部品６０Ａ、６０Ｂに分解されている。図４から明らかなように、キャリア／従動子６０自体をＸ方向に動かす駆動コイル６８は、キャリア／従動子６０の端部６０Ｅの下方部に固定されている。更に、空気軸受６６Ｃが、端部６０Ｅの底面上のベース構造１２Ａに面しており、キャリア／従動子６０を浮揚させる役割を果たしている。
【００６６】
従って、キャリア／従動子６０は、２つの空気軸受６６、及び、１つの空気軸受６６Ｃの３つの点によって、Ｚ方向において支持され、空気軸受６６Ａ、６６Ｂによって、Ｙ方向への移動が拘束され、Ｘ方向に運動できるようになっている。この構造において重要な点は、第２の磁気軌道アーム７０が、サポートブラケット６２と背中合わせの関係で配列されており、従って、上記アクチュエータが、Ｙ方向の駆動力を発生すると、ステージ１４とキャリア／従動子６０との間のＹ方向の反力が、サポートブラケット６２の中で固定された空気軸受６６Ａ、６６Ｂに積極的に作用することである。換言すれば、アクチュエータ７０及び空気軸受６６Ａ、６６Ｂを、ＸＹ平面のＹ軸に対して平行な線の上に設けることにより、アクチュエータ７０’が作動している時に、キャリア／従動子６０を機械的に変形する恐れのある望ましくない応力が発生するのを防止する。反対に、これは、キャリア／従動子６０の重量を減少させることができることを意味する。
【００６７】
上で説明した図２、図４及び図６から明らかなように、駆動フレーム２２の形態のアーム２４の中の磁気軌道５６Ａは、ステージ本体４２の側の駆動コイル５４Ａに対して、磁束をもたらし、これと同時に、キャリア／従動子６０用の駆動コイル６８に磁束をもたらす。空気軸受６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃに関しては、真空予圧型のものが好ましく、その理由は、キャリア／従動子６０が軽くなるからである。真空予圧型ではなく、磁気予圧型のものも使うことができる。
【００６８】
次に、図３、図５及び図７を参照して、キャリア／従動子６０に設けられた第２のアクチュエータを説明する。ボイスコイルモータ７０の形態の第２の電磁駆動アセンブリは、レティクルステージ１４の主本体４２に取り付けられたボイスコイル７４と、キャリア／従動子６０に取り付けられた磁石７２とを備えており、該磁石は、駆動アセンブリ２２によって生ずるステージ１４のＸ方向の長い直線運動に対して直交する運動平面上で、Ｘ方向にステージ１４を微小距離だけ動かす。コイル７４及び磁石７２の位置は、逆転させることができる。ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）７０の概略的な構造が、図３及び図７に示されており、その詳細な構造は、図５に示されている。図５には、図７の矢印５で示す水平な平面において切断した、ＶＣＭの断面図が示されている。図５においては、ＶＣＭ７０の磁石７２が、キャリア／従動子６０の側に固定されている。また、ＶＣＭ７０のコイルは、コイル本体７４Ａと、その支持部品７４Ｂとを備えており、該支持部品７４Ｂは、２つの矩形状のブロック９０Ａ、９０Ｂの間で堅固に伸長している接続プレート（ＸＹ平面に対して垂直なプレート）９２に対して固定されている。ＶＣＭ７０の中央線ＫＸは、コイル７４の駆動力の方向を示しており、電流が、コイル本体７４に流れると、コイル７４は、その電流の方向に従って、Ｙ方向における正の運動又は負の運動を生じ、上記電流の大きさに対応する力を発生する。一般に使用されているＶＣＭにおいては、一般に、リング形状のダンパ又はベローズが、コイルと磁石との間に設けられ、これにより、上記コイルと磁石との間にギャップを維持するが、本発明によれば、上記ギャップは、キャリア／従動子６０の追従運動によって維持され、従って、ダンパ又はベローズの如き上述のような支持要素は必要ではない。
【００６９】
本実施例においては、図５に示すように、容量性のギャップセンサ１３Ａ、１３Ａが、位置決めセンサ１３として設けられている（図８参照）。図５においては、容量性センサ用の電極が設けられ、Ｘ方向において互いに向かい合う矩形状のブロック９０Ａ、９０Ｂの側面とＶＣＭ７０のケース７０’の側面との間のＸ方向のギャップの変化を感知する。そのような位置決めセンサ１３は、キャリア／従動子６０とステージ１４（又は、本体４２）との間のＹ方向のギャップの変化を感知することができる限り、どのような場所にも置くことができる。更に、センサのタイプは、光電子型、誘電型、超音波型、あるいは、空気ミクロ装置の如き、総ての非接触型のタイプとすることができる。
【００７０】
図５のケース７０’は、キャリア／従動子６０と一体となっており、レティクルステージ１４の側のいずれの部材とも接触しないように、設けられている（空間的に）。ケース７０’と矩形状のブロック９０Ａ、９０Ｂとの間のＸ方向（走査方向）のギャップに関しては、センサ１３Ａの側のギャップが大きくなると、センサ１３Ｂの側のギャップが小さくなる。従って、センサ１３Ａによって測定されたギャップ値とセンサ１３Ｂによって測定されたギャップ値との間の差は、ディジタル演算又はアナログ演算によって得られ、キャリア／従動子６０用の駆動コイル６８の駆動電流を制御する、直接サーボ（フィードバック）制御装置は、このギャップの差をゼロにする、サーボ駆動回路を用いて設計されており、これにより、キャリア／従動子６０は、Ｘ方向の追従運動を自動的に実行し、ステージ本体４２に対してあるスペースを常に維持する。また、図８の位置制御装置１６の作動によって、駆動コイル６８への電流の流れを制御する、間接サーボ制御装置は、センサの１つからだけ得られる測定されたギャップ値、及び、Ｘ軸干渉計から測定されたステージ１４のＸ座標位置を用い、２つのギャップセンサ１３Ａ、１３Ｂを差動的に用いることなく、設計することが可能である。
【００７１】
図５に示すＶＣＭ７０においては、コイル本体７４Ａと磁石７２との間のＸ方向（非励起方向）のギャップは、実際には、約２−３ｍｍである。従って、ステージ本体４２に対するキャリア／従動子６０の追従精度は、約±０．５−１ｍｍのものが許容できる。この精度は、どの程度のステージ本体のヨー回転量が許容されるかに依存し、また、ＶＣＭ７０のコイル本体７４ＡのＫＸ方向（励起方向）の線の長さにも依存する。また、上記精度の程度は、干渉計（例えば、その干渉計の分解能が、０．０１μｍであると仮定して）を用いた場合の、ステージ本体４２の正確な位置決め精度（±０．０３μｍ）よりも、かなり低いものとなる。これは、従動子用のサーボ装置を、かなり簡単に設計することができ、また、従動子制御装置を装備するコストが小さくなることを意味する。また、図５の線ＫＸは、ＸＹ平面上のステージ１４全体の重心を通るように設定されており、図に示すサポートブラケット６２の内側に設けられた一対の空気軸受６６Ａ、６６Ｂの各々の重心も、ＸＹ平面の線ＫＸの上に位置している。
【００７２】
図６には、ガイド部材１７と、キャリア／従動子６０と、磁気軌道５６Ａとを備える部品を、図２の矢印６の方向から切断した、断面図が示されている。磁気軌道５６Ａを収容するアーム２４は、空気軸受３２によって、浮揚されてベースの表面１２Ａの上に支持されており、キャリア／従動子６０は、空気軸受６６によって、ベースの表面１２Ａの上で浮揚して支持されている。この時に、ステージ本体４２の底面における空気軸受４８の高さ（図３又は図７）、及び、空気軸受３２の高さは、ステージ本体４２の側の駆動コイル５４Ａを、磁気軌道５６Ａのスロットのスペースの中で、Ｚ方向に２−３ｍｍのギャップを維持するように決定される。
【００７３】
キャリア／従動子６０とアーム２４との間のＺ方向及びＹ方向の各々のスペースは、めったに変化することはなく、その理由は、上記キャリア／従動子及びアームは共に、共通のガイド部材１７及びベースの表面１２Ａによって案内されているからである。また、駆動フレーム２２（アーム２４）の底面の空気軸受３２が案内されている、ベースの表面１２Ａ上の部品と、ステージ本体の底面の空気軸受４８が案内されている、ベースの表面１２Ａ上の部品との間に、Ｚ方向の高さの差がある場合でも、そのような差が、運動ストロークの範囲内で厳密に一定している限り、磁気軌道５６Ａと駆動コイル５４Ａとの間のＺ方向のギャップも一定に維持される。
【００７４】
更に、キャリア／従動子６０用の駆動コイル６８は元々、キャリア／従動子６０に固定されているので、磁気軌道５６Ａのスロットのスペースの中の上方及び下方に、２−３ｍｍのギャップを維持するようになされている。駆動コイル６８は、磁気軌道５６Ａに対して、Ｙ方向にはめったにシフトしない。
【００７５】
ステージ１４上の駆動コイル５４Ａ、５４Ｂと、ボイスコイルモータのコイル７４と、キャリア／従動子駆動コイル６８とに、信号を送るためのケーブル８２（図２参照）が設けられており、これらケーブル８２は、キャリア／従動子６０及びガイド１７に設けられ、従って、レティクルステージ１４に与える引っぱり力を取り除いている。ボイスコイルモータ７０は、ステージ１４に対する機械的な外乱力の伝達を阻止することにより、バッファとして作用する。
【００７６】
従って、図２及び図４を参照して、ケーブルの出力を詳細に説明する。図２に示すように、電気装置の電線、及び、空気圧及び真空装置の管（以下にケーブルと呼称する）を接続するコネクタ８０が、ベース構造１２の上で、ガイド部材１７の一端部に設けられている。上記コネクタ８０は、外部制御装置（図８に示す電気的なシステム制御装置に加えて、空気圧及び真空装置の制御装置を含む）から、フレキシブルケーブル８２までのケーブル８１を接続する。ケーブル８２は更に、キャリア／従動子６０の端部部品６０Ｅにも接続されており、システム電線、及び、ステージ本体４２に必要な空気圧及び真空装置の管が、ケーブル８３として分配されている。
【００７７】
上述のように、ＶＣＭ７０は、ケーブルの引っぱり力すなわち張力による影響を解消するように作用するが、時々、その影響が、キャリア／従動子６０とステージ本体４２との間に、予期しない方向のモーメントとして現れることがある。換言すれば、ケーブル８２の張力は、ガイド部材１７のガイド面、あるいは、ベースの表面１２Ａを回転させる力を、キャリア／従動子６０に与え、ケーブル８３の張力は、キャリア／従動子６０及びステージ本体に対して、これらを相対的に回転させる力を与える。
【００７８】
そのようなモーメントの１つ、すなわち、キャリア／従動子６０をシフトさせるすなわち移動させる成分は、問題ではないが、ステージ本体をＸ方向、Ｙ方向及びθ方向（ヨー回転方向）にシフトさせるモーメントは、アライメント、あるいは、オーバーレー精度に影響を与えることがある。Ｘ方向及びθ方向に関しては、シフトは、２つのリニアモータ（５４Ａ、５６Ａ、５４Ｂ、５６Ｂ）による一連の駆動によって、補正することができ、また、Ｙ方向に関しては、シフトは、ＶＣＭ７０によって補正することができる。この実施例においては、ステージ１４の全重量をかなり低減することができ、ＶＣＭ７０によるステージ１４のＹ方向の運動の応答、並びに、Ｘ方向及びθ方向のリニアモータによる応答は、完全に非接触式のガイドレス構造と相俟って、極めて高い。また、ミクロン振動（ミクロン単位の振動）が、キャリア／従動子６０に生じ、そのようなミクロン振動が、ケーブル８３を介してステージ１４へ伝達された場合でも、そのような振動（数Ｈｚから数十Ｈｚまで）は、上述の高い応答によって、十分に解消することができる。
【００７９】
次に、図４は、各々のケーブルが、キャリア／従動子６０でどのように分配されているかを示している。ステージ本体４２用の駆動コイル５４Ａ、５４Ｂ及びＶＣＭ７０の駆動コイル７４への各々の駆動信号、並びに、位置センサ１３（ギャップセンサ１３Ａ、１３Ｂ）からの感知信号が、コネクタ８０からシステム電線８２Ａに入る。各々の空気軸受４８、６６への圧力ガス及び真空が、コネクタ８０から、空気圧系の管８２Ｂに入る。一方、駆動コイル５４Ａ、５４Ｂへの駆動信号が、ステージ本体４２に接続された電気系の電線８３Ａに入り、また、空気軸受４８用の圧力ガス、及び、クランプ部材４２Ｃ用の真空が、空気系のホース８３Ｂに入る。
【００８０】
また、図２に示すラインとは別に、駆動フレーム２２の空気軸受２０、２０’、３２用の空圧系のための別のラインを設けることが好ましい。また、図４に示すように、ケーブル８３の張力又は振動を阻止できない場合には、ステージ本体４２が受ける張力又は振動によるモーメントを、可能な限りＹ方向にだけ限定するように配列するようにすると良い。この場合には、上記モーメントは、極めて高い応答を有するＶＣＭによってだけ、解消することができる。
【００８１】
次に図１、図２及び図８を参照すると、レティクルステージ１４の位置決めは、レーザ干渉計装置１５を用いて、最初にその現在の位置を知ることにより、実行される。駆動信号が、レティクルステージの駆動コイル５４Ａ、５４Ｂに送られ、ステージ１４をＸ方向に駆動する。駆動に際し、差動力をレティクルステージ１４の両側部４２Ａ、４２Ｂへ与えると、レティクルステージ１４は微小なヨー回転を生ずる。ボイスコイルモータ７０のボイスコイル７２への適宜な駆動信号が、レティクルステージ１４のＹ方向の微小変位すなわち移動を生ずる。レティクルステージ１４の位置が変化するに連れて、駆動信号が、キャリア／従動子のコイル６８へ送られ、これにより、キャリア／従動子６０が、レティクルステージ１４に追従する。その結果生ずる、与えられた駆動力に対する反力が、磁気軌道アセンブリすなわち駆動フレーム２２を、レティクルステージ１４の運動とは反対の方向に動かし、これにより、装置の重心位置を実質的に維持する。カウンターウエート、あるいは、磁気軌道アセンブリ２２の反動部を装置に含める必要はなく、この場合には、磁気軌道アセンブリ２２を、ベース１２上に固定して設けることができることは理解されよう。
【００８２】
上述のように、本実施例のステージ装置を制御するために、図８に示す制御装置が設けられている。図８のこの制御装置を、以下に詳細に説明する。２つのリニアモータのそれぞれの駆動コイル５４Ａ、５４Ｂとして構成された、Ｘ１駆動コイル、及び、Ｘ２駆動コイル、並びに、ＶＣＭ７０の駆動コイル７２として構成された、Ｙ駆動コイルが、レティクルステージ１４に設けられており、駆動コイル６８は、キャリア／従動子６０に設けられている。これら各々の駆動コイルは、駆動信号ＳＸ１、ＳＸ２、ＳＹ１、ＳΔＸに応じて、位置制御装置１６によって駆動される。ステージ１４の座標位置を測定するレーザ干渉計装置は、ビームすなわち光線ＬＢＹを送信／受信するＸ１軸干渉計と、ビームＬＢＸ２を送信／受信するＸ２軸干渉計とを備えており、これら干渉計は、各軸の各々の方向に関する情報ＩＦＹ、ＩＦＸ１、ＩＦＸ２を、位置制御装置１６へ送信する。位置制御装置１６は、２つの駆動信号ＳＸ１、ＳＸ２を駆動コイル５４Ａ、５４Ｂへ送信し、これにより、Ｘ方向における位置情報ＩＦＸ１、ＩＦＸ２の間の差が、設定値になる。すなわち、換言すれば、レティクルステージ１４のヨー回転量が、設定の値に維持される。従って、露光時は言うまでもなく一旦、レティクル４４がステージ本体４２上でアライメントされると、ビームＬＢＸ１、ＬＢＸ２、Ｘ１軸干渉計及びＸ２軸干渉計、位置制御装置１６、及び、駆動信号ＳＸ１、ＳＸ２による、ヨー回転（θ方向における）の位置決めが常時行われる。
【００８３】
また、Ｘ方向の位置情報ＩＦＸ１、ＩＦＸ２の合計の平均値から、ステージ１４のＸ方向の現在の座標位置を得た制御装置１６は、ホストＣＰＵ１６’からの種々の命令、並びに、各パラメータに関する情報ＣＤに基づき、駆動信号ＳＸ１、ＳＸ２を、駆動コイル５４Ａ、５４Ｂにそれぞれ送信する。特に、走査露光が作動している時には、ヨー回転量を補正しながら、ステージ１４をＸ方向に直線的に動かす必要があり、制御装置１６は、必要に応じて、同じ又は若干異なる力を与えながら２つの駆動コイル５４Ａ、５４Ｂを制御する。
【００８４】
また、Ｙ軸干渉計からの位置情報ＩＦＹも、制御装置１６へ送信され、制御装置１６は、最適な駆動信号ＳΔＸを、キャリア／従動子６０の駆動コイル６８へ送信する。この時点において、制御装置１６は、レティクルステージ１４とキャリア／従動子６０との間のＸ方向のスペースを測定する位置センサ１３からの感知信号Ｓpdを受信し、必要な信号ＳΔＸを送信して、信号Ｓpdを上述の設定値にする。キャリア／従動子６０の追従精度は、それほど厳密ではなく、制御装置１６の感知信号Ｓpdも厳密に求める必要はない。例えば、各々の干渉計からの１ミリ秒毎の位置情報ＩＦＹ、ＩＦＸ１、ＩＦ２を読むことにより、運動を制御する時には、制御装置１６の高速プロセッサ（演算装置）が、その度毎に、感知信号Ｓpdの電流をサンプリングし、その値が、基準値に比較して、大きいかあるいは小さいかを判定する。その偏差が、ある点を超えている場合には、その偏差に比例する信号ＳΔＸを駆動コイル６８へ送信することができる。また、上述のように、駆動コイル６８を直接サーボ制御し、また、位置制御装置１６を経ることなく、キャリア／従動子６０の追従運動を直接制御する、制御装置９５を設けることもできる。
【００８５】
図示の可動ステージ装置は、該可動ステージ装置をＸ方向において拘束するアタッチメントを何等有していないので、小さな影響が、このようなステージ装置を正のＸ方向又は負のＸ方向にドリフトすなわち変動させることがある。これは、そのようなアンバランスが過度になると、ある部品同士を衝突させることがある。上記影響としては、ケーブルの力、ベースの基準面１２Ａの不正確なレベリングすなわち水平度、あるいは、構成要素間の摩擦が挙げられる。１つの簡単な方法は、弱いバンパ（図示せず）を用いて、駆動アセンブリ２２の過剰の移動を阻止することである。他の簡単な方法は、駆動アセンブリが、ストロークの終端付近に到達した時に、駆動アセンブリ２２を案内するために使用される１又はそれ以上の空気軸受（３２、２０）への空気の供給を遮断することである。そのような空気軸受は、反対方向へ戻る駆動が始まった時に、作動させることができる。
【００８６】
より正確な方法は、測定手段（図示せず）によって、駆動アセンブリの位置を監視し、正しい位置を回復してこれを維持するための駆動力を与えることを必要とする。そのような測定手段の精度は、厳密である必要はないが、０．１乃至１．０ｍｍ程度の精度が必要である。上記駆動力は、駆動アセンブリ２２に取り付けられた別のリニアモータ（図示せず）、あるいは、上記駆動アセンブリに接続された他のモータを用いて、与えることができる。
【００８７】
最後に、キャリア／従動子６０の上記１又はそれ以上の空気軸受（６６、６６Ａ、６６Ｂ）の作動を停止し、ステージ４２のアイドル期間の間に、ブレーキの役割を果たさせることができる。キャリア／従動子６０のコイル６８が励起されて、キャリア／従動子６０がブレーキを受けた状態にある場合には、駆動アセンブリは、駆動されて加速される。従って、位置制御装置１６は、駆動アセンブリ２２の位置を監視する。駆動アセンブリが、位置を逸脱してドリフトすると、駆動アセンブリは、キャリア／従動子６０のコイル６８を間欠的に用いて、十分な精度で再度位置決めされる。
【００８８】
本発明の第１の実施例においては、カウンターウエートとして機能する駆動フレーム２２は、装置全体の重心位置を移動させないように設けられており、ステージ本体４２とは反対の方向に動かされる。しかしながら、図１乃至図７の構造が、重心の移動すなわちシフトが大きな問題ではない装置に応用された場合には、駆動フレーム２２をベース構造１２と一緒に固定することもできる。そのような場合には、重心に関する問題を除くと、装置に何等変更を行うことなく、幾つかの効果及び機能を得ることができる。
【００８９】
本発明は、ある平面において、３つの自由度で高精度の位置及び運動の制御を行わせるために使用できるステージを提供する。その特徴は（１）直線運動が長く、（２）そのような長い直線運動に直交する直線運動が短く、（３）ヨー回転量が少ない。このステージは、ステージドライバ（ステージ駆動装置）として、電磁力を用いることにより、周囲の構造の機械的な悪影響から絶縁される。このガイドレスステージ用の構造を用いることにより、高い制御帯域幅が得られる。これら２つの要点は、ステージの円滑且つ正確な操作を達成することに貢献する。
【００９０】
好ましい実施例の説明
図１乃至図８に示す実施例の説明を念頭において、図９及び図１０を参照すると、本発明の好ましい実施例が示されており、この実施例の各構成要素の参照符号の下２桁は、図１乃至図７の各構成要素の２桁の参照符号に概ね対応している。
【００９１】
図９及び図１０においては、上述の第１の実施例とは異なり、カウンターウエートとして機能する駆動フレームが取り除かれ、２つのリニアモータの各々の磁気軌道１５６Ａ、１５６Ｂは、ベース構造１１２に堅固に取り付けられている。Ｘ方向に直線的に動くステージ本体１４２は、２つの磁気軌道１５６Ａ、１５６Ｂの間に設けられている。図１０に示すように、ベース構造１１２には、開口１１２Ｂが形成されており、ステージ本体１４２は、開口部分１１２ＢをＹ方向に跨ぐように配置されている。ステージ本体１４２のＹ方向の両端部において、４つの予圧型の空気軸受１４８が、底面に固定されており、上記空気軸受は、ステージ本体１４２を浮揚させ、ベースの表面１１２Ａに対して支持している。
【００９２】
また、本実施例によれば、レティクル１４４が、挟持されており、ステージ本体１４２の上に別個に設けられたレティクル保持プレートすなわちレティクルチャックプレート１４３の上で支持されている。Ｙ軸レーザ干渉計用の直線ミラー１５０Ｙ、並びに、Ｘ軸レーザ干渉計用の２つのコーナーミラー１５０Ｘ１、１５０Ｘ２が、レティクルチャックプレート１４３に設けられている。駆動コイル１５４Ａ、１５４Ｂは、ステージ本体１４２のＹ方向の両端部において、磁気軌道１５６Ａ、１５６Ｂに相対して固定されており、上述の制御サブシステムによって、ステージ本体１４２をＸ方向に直線的に動かし、極く微小な量だけヨー回転させる。
【００９３】
図１０から明らかなように、リニアモータの右側の磁気軌道１５６Ｂ、及び、リニアモータの左側の磁気軌道１５６Ａは、これら軌道の間のＺ方向の高さが異なるように配置されている。換言すれば、左側の磁気軌道１５６の長い軸線の方向における両端部の底面は、図９に示すように、ブロック部材１５５を用いてベースの表面１１２Ａに対して、ある高さだけ上に配置されている。ＶＣＭが固定されているキャリア／従動子１６０は、上記上にある磁気軌道１５６Ａの下方のスペースの中に設けられている。
【００９４】
キャリア／従動子１６０は、一段低い高さにあるベース構造１１２のベースの表面１１２Ａ’上に予圧型の空気軸受１６６（２点）によって、浮揚されて支持されている。また、ベース構造１１２の上に設けられた、直線的なガイド部材１１７の垂直なガイド面１１７Ａに面する２つの予圧型の空気軸受１６４が、キャリア／従動子１６０の側面に固定されている。このキャリア／従動子１６０は、上述の実施例に関する図４に示すものとは異なっており、キャリア／従動子１６０用の駆動コイル１６８（図９）は、キャリア／従動子１６０の底部から垂直に伸長する部品に対して水平に固定され、且つ、磁気軌道１５６Ａの磁束スロットの中に接触することなく設けられている。キャリア／従動子１６０は、運動ストロークの範囲内において、磁気軌道１５６Ａのいずれの部分にも接触しないように配置されており、ステージ本体１４２をＹ方向において正確に位置決めするＶＣＭ１７０を備えている。
【００９５】
また、図９においては、キャリア／従動子１６０を浮揚させて支持する空気軸受１６６が、ＶＣＭ１７０の下に設けられている。キャリア／従動子１６０のステージ本体１４２に対する追従運動も、上述の実施例と同様に、位置センサ１３からの感知信号に基づいて行われる。
【００９６】
上述の如く構成された第２の実施例においては、カウンターウエートとして機能する部材が実質的に存在しないので、装置全体の重心が、ステージ本体１４２のＸ方向のシフトに応じて移動すなわちシフトするという不都合がある。しかしながら、キャリア／従動子１６０を用いて、接触することなく、ステージ本体１４２を追従することにより、ＶＣＭ１７０による非接触型の電磁力によって、ステージ本体１４２をＹ方向に正確に位置決めすることが可能である。また、上記２つのリニアモータは、その高さ方向Ｚに差があるように配置されているので、各々のリニアモータによって発生された力モーメントのベクトル和が、レティクルステージ全体の重心において極めて小さくすることができるという利点があり、その理由は、各々のリニアモータの力モーメントが、互いに実質的に相殺し合うからである。
【００９７】
また、ＶＣＭ１７０の長手方向の作用軸線（図５の線ＫＸ）が、ＸＹ平面上だけではなく、Ｚ方向においても、ステージの構造全体の重心を通るので、ＶＣＭ１７０の駆動力が、不必要なモーメントをステージ本体１４２に与えることが、より困難となる。また、キャリア／従動子１６０を介してケーブル８２、８３を接続する方法は、上記第１の実施例と同じ態様で、応用することができるので、完全に非接触型のガイドレスステージに関する問題も改善される。
【００９８】
同じガイドレスの原理を、別の実施例にも採用することができる。例えば、図１１及び図１２においては、ベース２１２上に支持されたステージ２４２は、単一の磁気軌道２５６の中で動く単一の可動コイル２５４によって、長手のＸ方向に駆動される。上記磁気軌道は、ベース２１２に堅固に取り付けられている。上記コイルの重心は、ステージ２４２の重心付近に位置している。ステージをＹ方向に動かすためには、一対のＶＣＭ（２７４Ａ、２７４Ｂ、２７２Ａ、２７２Ｂ）を起動し、Ｙ方向の加速力を与える。ヨー回転すなわちヨーイングを制御するためには、コイル２７４Ａ、２７４Ｂが、電子サブシステムの制御を受けて、差動的に起動される。ＶＣＭ磁石（２７２Ａ、２７２Ｂ）が、キャリア／従動子のステージ２６０に取り付けられている。キャリア／従動子のステージは、上述の第１の実施例と同様に、案内されて駆動される。この別の実施例は、ウエーハステージに利用することができる。レティクルステージに使用される場合には、コイル２５４及び軌道２５６の一方の側に、レティクルを設けることができ、ステージ２４２の重心が、コイル２５４及び軌道２５６を通るように維持する必要がある場合には、ステージ２４２につり合いを保つための補償開口を、レティクルとは反対側のコイル２５４及び軌道２５６の側に設けることができる。
【００９９】
上記各々の実施例から得られる利点は、以下のように大まかにまとめることができる。精度を維持するために、キャリア／従動子の設計は、ステージに接続されたケーブルが、キャリア／従動子を介してステージに追従するので、該ステージ用のケーブルの張力の問題がなくなる。キャリア／従動子を外部装置に接続するケーブルは、ある量の張力を有しているが、ステージは、そのような影響を受けることはなく、その理由は、ステージに対する機械的な外乱の伝達を阻止することによって、バッファとして作用するキャリア／従動子にステージが直接、つながっていないからである。
【０１００】
また、カウンターウエートの設計により、運動量保存の法則を用いて、長いストローク方向におけるステージの移動の間に、ステージ装置の重心の位置が維持される。この装置は、ステージ装置とステージ装置が取り付けられるベース構造との間の反力を実質的に排除し、これにより、大きな加速度を可能にすると同時に、装置への振動の影響を極めて小さくする。
【０１０１】
また、ステージは、上述のように、３つの自由度で限定された運動を行うように設計されているので、そのようなステージは、３つの自由度の総てにおいて、全範囲の運動を行うように設計されているステージに比較して、極めて簡単である。また、無整流子型の装置とは異なり、本発明は、市販の電磁要素を用いる。本発明は、ステージの寸法及びストロークが増大するに連れて、製造することが益々困難になる、特注型の電磁要素を必要としないので、本発明は、ステージの寸法又はストロークを変えることが容易である。
【０１０２】
単一のリニアモータを用いた場合の実施例ではもう一方のリニアモータを用いる必要はなく、２つのＶＣＭを用いることでヨー角の補正を行なうことができる。
好ましい実施例について本発明を説明したが、本発明は、種々の別の形態を取ることができ、請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の概略的な斜視図である。
【図２】図１に示す装置の平面図である。
【図３】図２に示す構造を線３−３に沿って矢印の方向に見て示す立面図である。
【図４】部分的に分解された図１のキャリア／従動子の構造を、位置決めガイドから分解した状態で示す拡大斜視図である。
【図５】図７に示す構造の一部を、線５に沿って、矢印の方向に見て示す拡大水平断面図である。
【図６】図２に示す構造の一部を、ボイスコイルモータを取り除き、線６に沿って矢印の方向で見て示す拡大垂直断面図である。
【図７】図２に示す構造の一部を、線７−７に沿って、矢印の方向に見て示す垂直断面図である。
【図８】ステージの位置を制御するための感知／制御装置を概略的に示すブロックダイアグラムである。
【図９】本発明の好ましい実施例を示す、図２と同様の平面図である。
【図１０】図９に示す構造を、線１０−１０に沿って、矢印の方向に見て示す垂直断面図である。
【図１１】本発明の別の実施例を極めて簡略化して示す、図９と同様の平面図である。
【図１２】本発明の更に別の実施例を極めて簡略化して示す、図１０と同様の立面図である。
【符号の説明】
１０位置決め装置
１２ベース構造
１４レティクルステージ
１６位置制御装置
１６’ ＣＰＵ
１７Ａ、１７Ｂガイド面
１７位置決めガイド
１８サポートブラケット
２０空気軸受
２２駆動アセンブリ（駆動フレーム）
２４、２６磁気軌道アーム
３２空気軸受
４２主本体
５２電磁駆動アセンブリ
５４Ａ、５４Ｂ駆動コイル
５６Ａ、５６Ｂ磁気軌道
６０キャリア／従動子[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a movable stage device that can move accurately, and more specifically, a stage device that can move in one linear direction and can perform high-precision positioning and high-speed movement. In particular, such a stage apparatus is particularly preferably used in a microlithographic apparatus.
[0002]
[Prior art]
In a wafer stepper, the alignment of the exposure field with respect to the reticle to be imaged affects the performance of the circuit exposed in that field. In a scanning exposure apparatus, the reticle and wafer move simultaneously during the exposure sequence and are scanned with each other. The present invention discloses an apparatus for performing an accurate scanning motion with respect to such an apparatus.
[0003]
In order to obtain high accuracy, the stage must be isolated from mechanical disturbances. This is achieved by positioning and moving the stage using electromagnetic force. Also, a high control bandwidth is required, which requires that the stage is lightweight and that the stage has no moving parts. Also, the stage must be free of excessive heat that can interfere with the measurement of the interferometer or mechanical changes that reduce alignment accuracy.
[0004]
Non-rectifying electromagnetic alignment devices, such as those disclosed in U.S. Pat. Nos. 4,506,204, 4,506,205, and 4,507,597, are not economical, for the reason This is because such an electromagnetic alignment apparatus needs to manufacture an assembly of large magnets and coils, which is not commercially available. The weight of the stage and the heat generated also makes it unsuitable to apply such a design to high precision applications.
[0005]
An improvement over the non-commutator type device as described above is disclosed in U.S. Pat. No. 4,952,858, which is mechanically guided in the XY direction with a large displacement movement in the plane. Conventional substages are used, which eliminates the need for large magnet and coil assemblies. Electromagnetic means provided on the substage insulates the stage from mechanical disturbances. However, the combined weight of the substage and stage still provides a low control bandwidth and the heat generated by the electromagnetic elements supporting the stage is still significant.
[0006]
Although common devices using rectifying electromagnetic means show significant improvements compared to prior art non-commutator means, the low control bandwidth and interferometer interference problems still remain. Remaining. In such an apparatus, the substage is moved in one linear direction using electromagnetic force, while the rectifying electromagnetic means provided in the substage moves the stage in the orthogonal direction. The sub-stage is heavy because it carries a magnetic orbit for moving the stage. Also, heat dissipation on the stage reduces the accuracy of the interferometer.
[0007]
It is also known to move a movable member (stage) in a long (for example, longer than 10 cm) linear direction using two parallel linear motors composed of coils and magnets. In this case, the stage is guided by a certain linear guide member, and is driven in a straight line direction by a linear motor provided in parallel to the guide member. When the stage is driven by a very small stroke range, a guideless structure based on a composite of several electromagnetic actuators can be adopted as disclosed in the above-mentioned prior art. However, in order to move the guideless stage for a long distance in a certain linear direction, a specially configured electromagnetic actuator is required as in the prior art, which increases the size of the device, resulting in higher power consumption. The problem of consumption arises.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
It is an object of the present invention to provide a lightweight device that allows the guideless stage to be moved in the direction of a long linear motion using electromagnetic force and achieves a small inertial force and high response.
[0009]
Another object of the present invention is to provide a guideless stage device using a commercially available normal linear motor as an electromagnetic actuator for causing one linear motion.
[0010]
Another object of the present invention is to provide a guideless stage apparatus capable of actively and accurately performing positioning control over a small displacement without contacting in the direction orthogonal to the direction of the long linear motion. That is.
[0011]
Furthermore, an object of the present invention is to provide a movable member (stage main body) that moves in one linear direction, and a second movement that moves sequentially in the same direction and always maintains a constant space with the moving member. By providing an electromagnetic force (acting force and reaction force) in a direction orthogonal to the linear direction between the second movable member and the stage body, the contact member is completely non-contact. A mold stage device is provided.
[0012]
Another object of the present invention is to reduce positioning and running accuracy because tensions of various cables (wires) and pipes connected to a non-contact type stage body that moves while supporting an object change. It is an object of the present invention to provide a non-contact type stage apparatus that can prevent the above.
[0013]
Another object of the present invention is to arrange the first movable member and the second movable member in parallel, and to move the first and second movable members in opposite linear directions. By doing so, a non-contact type device having a low height is provided.
Furthermore, an object of the present invention is to provide an apparatus configured such that the position of the center of gravity of the entire apparatus does not change even when the non-contact type stage main body moves in a certain linear direction.
[0014]
[0015]
[Means for Solving the Problems]
To solve the above problems, will be described in association with the drawings which illustrate an embodiment, the exposure apparatus according to claim 1 is provided with a reticle stage (14) moving in at least a first direction on the reference plane, a reticle (44) An exposure apparatus that exposes a pattern on a substrate, wherein (a) a counterweight (22) capable of moving in a first direction and (b) a driving force toward the first direction are generated. And a first magnetizing member (54A, 54B) provided on the reticle stage (14) and a second magnetizing member (56A, 56B) provided on the counterweight (22), and the reticle stage (14) is electromagnetic Drive means (54, 56) for driving automatically, and (c) a projection optical device (P) provided below the reticle stage (14) and the counterweight (22) and for projecting the pattern of the reticle onto the substrate ) And comprises a reticle stage above the projection optical system (PL) (14) moves through a first fluid bearing (48), the counter weight (22) is a position different from the first fluid bearing (48) The reticle stage (14) and the counterweight (22) are moved on the base structure (12) via the second fluid bearing (32) provided on the base plate and excited by the drive means (54, 56). Each of the first directions is moving in the opposite direction.
[0016]
[0017]
3. The exposure apparatus according to claim 2 , wherein one of the first magnetization member and the second magnetization member is a coil (54A, 54B), and the other of the first magnetization member and the second magnetization member is a magnet (56A, 56B). It is.
[0018]
An exposure apparatus according to a third aspect includes a laser interferometer device (15) for detecting the position of the reticle stage (14).
In the exposure apparatus according to the fourth aspect , the drive means (54, 56) corrects yawing of the reticle stage (14).
[0019]
In the exposure apparatus according to the fifth aspect , the drive means has a pair of drive assemblies (54A, 56A, 54B, 54B), and the drive assemblies are provided on opposite sides (42A, 42B) of the reticle stage .
In the exposure apparatus according to the sixth aspect , the counterweight (22) has an arm (26) along the first direction.
[0020]
In the exposure apparatus according to the seventh aspect , the counterweight (22) is rectangular.
The exposure apparatus according to claim 8 is provided with a linear motor for adjusting the position of the counterweight (22).
[0021]
The exposure apparatus according to claim 9 is a scanning exposure apparatus that exposes the pattern of the reticle (44) onto the substrate while the reticle stage (14) is being scanned.
The exposure method according to claim 10, further comprising a reticle stage (14) that moves in at least a first direction on a reference plane, wherein the substrate is exposed to a pattern of the reticle (44), wherein the first fluid bearing is provided. A first magnetizing member (54A, 54B) provided on a reticle stage (14) moving via (48) and a counterweight (22) moving on the base structure via a second fluid bearing (32) A step of applying an actuating force for moving the reticle stage (14) in the first direction by a driving means comprising a second magnetizing member (56A, 56B) provided on the counter, and the counterweight (22) depending on the actuating force. and moving in opposite directions, from the projection optical device provided below the reticle stage (14) and the counter weight (22) (PL) reticle (44) And it includes a step of projecting onto the substrate, the pattern.
[0022]
[0023]
The exposure method according to claim 1 1, wherein includes a first magnetization member is one of the second magnetization member is a coil (54A, 54B), the other of the first magnetization member and the second magnetization member is a magnet (56A, 56B ).
[0024]
The exposure method according to claim 1 2, wherein includes the step of detecting the position of the reticle stage (14) by a laser interferometer (15).
An exposure method according to a thirteenth aspect includes a step of correcting yawing of the reticle stage (14) by the driving means (54, 56).
[0025]
In the exposure method according to the fourteenth aspect , the drive means has a pair of drive assemblies (54A, 56A, 54B, 56B), and the drive assemblies are provided on opposite sides (42A, 42B) of the reticle stage .
In the exposure method according to the fifteenth aspect , the counterweight (22) has an arm (26) along the first direction.
[0026]
In the exposure method according to claim 16 , the counterweight (22) is rectangular.
The exposure method according to claim 17 includes the step of adjusting the position of the counterweight (22) with a linear motor.
In the exposure method according to the eighteenth aspect , the substrate is exposed while the pattern of the reticle (44) is being scanned by the reticle stage (14).
The exposure apparatus according to claim 19 includes electromagnetic means (70) for moving the reticle stage (14) in a second direction substantially perpendicular to the first direction .
[0027]
Other objects and features of the present invention will become more apparent upon reading the following description with reference to the drawings, wherein like reference numerals designate like elements throughout.
[0028]
[Action]
The exposure apparatus according to claim 1 includes a counterweight (22 ) that moves above the reticle stage (14) and the base structure (12) by excitation of the drive means (54, 56) above the projection optical apparatus (PL). ) Are moved in opposite directions in the first direction, so that the projection optical apparatus (PL) is in a state in which the reaction force between the reticle stage (14) and the base structure (12) is substantially eliminated. The pattern of the reticle (44) can be exposed on the substrate.
[0029]
The exposure apparatus according to claim 1, wherein moves over the reference plane with a gap by a reticle stage (14) is a first fluid bearing (48), the counter weight (22) is a second fluid bearing (32) Is moving with a gap.
[0030]
In the exposure apparatus of the second aspect, the reticle stage (14) is moved in the first direction using the coils (54A, 54B) and the magnets (56A, 56B).
[0031]
In the exposure apparatus according to the third aspect , the laser interferometer device (15) detects the position of the reticle stage (14).
In the exposure apparatus according to the fourth aspect , yawing of the reticle stage (14) can be corrected by the driving means (54, 56).
[0032]
In the exposure apparatus according to claim 5, the pair of drive assemblies (54A, 56A, 54B, 54B) provided on the opposite side portions (42A, 42B) of the reticle stage moves the reticle stage (14) in the first direction. Has moved.
In the exposure apparatus according to the sixth aspect , the counterweight (22) can be constituted by the arm (26) along the first direction.
[0033]
In the exposure apparatus according to the seventh aspect , the counterweight (22) can be constituted by a rectangular member.
In the exposure apparatus according to the eighth aspect, the position of the counterweight (22) can be adjusted by a linear motor.
[0034]
The exposure apparatus according to the ninth aspect can maintain the position of the center of gravity during the scanning exposure of the reticle stage (14).
The exposure method according to claim 1 0, wherein, in the above projection optical system (PL), by the excitation of the driving means (54, 56), respectively the reticle stage (14) and the counter weight (22) but, in the first direction Since it is moving in the reverse direction , the projection optical device (PL) applies the pattern of the reticle (44) to the substrate in a state in which the reaction force between the reticle stage (14) and the base structure (12) is substantially eliminated. Can be exposed.
[0035]
The exposure method according to claim 1 0, wherein moves over the reference plane with a gap by a reticle stage (14) is a first fluid bearing (48), the counter weight (22) is a second fluid bearing (32 ) To move with a gap.
[0036]
The exposure method according to claim 1 1, wherein the moving coil (54A, 54B) and a magnet (56A, 56B) and a reticle stage (14) with the first direction.
[0037]
The exposure method according to claim 1 wherein a laser interferometer system (15) is detecting the position of the reticle stage (14).
In the exposure method according to the thirteenth aspect, the yawing of the reticle stage (14) can be corrected by the driving means (54, 56).
[0038]
15. The exposure method according to claim 14 , wherein the pair of drive assemblies (54A, 56A, 54B, 54B) provided on opposite sides (42A, 42B) of the reticle stage moves the reticle stage (14) in the first direction. Has moved.
In the exposure method according to the fifteenth aspect , the arm (26) along the first direction is a counterweight (22).
[0039]
The exposure method according to claim 16 is a rectangular counterweight (22).
In the exposure method of the seventeenth aspect, the position of the counterweight (22) can be adjusted by a linear motor.
The exposure method according to claim 18 can substantially eliminate the reaction force during the scanning exposure between the reticle stage (14) and the base structure (12) .
An exposure apparatus according to a nineteenth aspect is capable of moving the reticle stage in a second direction substantially orthogonal to the first direction by electromagnetic means .
In addition, although the code | symbol with the parenthesis attached | subjected to the above predetermined element respond | corresponds to the member in drawing which shows one Embodiment of this invention, each code | symbol is only illustrated in order to make this invention easy to understand. The present invention is not limited to the configuration of the embodiment.
[0040]
【Example】
In order to achieve the main object described above, the present invention is configured to have the following features.
An apparatus capable of highly accurate position and motion control is disclosed below. This apparatus uses a rectification type linear motor to move the guideless stage in one long linear direction in a certain plane and to perform a small yaw rotation. A carrier / follower holding a single voice coil motor (VCM) is controlled to generally follow the stage in the direction of the long linear motion. The VCM provides an electromagnetic force for moving the stage by a minute distance in the plane in a linear direction orthogonal to the direction of the long linear motion. The follower design eliminates the problem of cable drag on the stage because the cable connected to the stage follows the stage via the carrier / follower. The cable connecting the carrier / follower to the external device will have a certain amount of drag, but the stage will not be subject to such external influences (external factors) because the reason is on the carrier / follower This is because the VCM acts as a buffer by preventing transmission of mechanical disturbances to the stage.
[0041]
As a special feature of the present invention, rectification type linear motors are provided on both sides of the stage and attached to the drive frame. Each rectifying linear motor includes a coil member and a magnet member. One of these members is attached to one of both sides of the stage, and the other of the members is attached to a drive frame. . Both motors are driven in the same direction. By driving these motors by slightly different distances, a minute yaw rotation of the stage occurs.
[0042]
According to another feature of the invention, a movable counterweight is provided, which maintains the position of the center of gravity of the stage apparatus using the momentum conservation law whenever the stage moves. In one embodiment of the invention, a drive frame carrying one member of each linear motor is suspended above the base structure, and the drive assembly moves the stage to one side above the base structure. When applied, the drive frame moves in the opposite direction in response to its reaction force, thereby substantially maintaining the center of gravity of the device. This apparatus substantially eliminates the reaction force between the stage apparatus and the base structure on which the stage apparatus is provided, thereby enabling a large acceleration force and extremely reducing the influence of vibration on the apparatus. To do.
[0043]
By limiting the stage movement to three specific degrees of freedom, the device is simplified. By using commercially available electromagnetic components, the design of the apparatus can be easily adapted to changes in the dimensions of the stage. This high-accuracy positioning device is ideal for use as a reticle scanner in a scanning exposure apparatus, and provides a smooth and accurate scanning motion in a certain linear direction, as well as a direction perpendicular to the scanning direction. By controlling a small displacement movement and a small amount of yaw rotation in the plane, accurate alignment is ensured.
Although the present invention is generally applicable to electromagnetic alignment devices, preferred embodiments include the reticle stage scanning device shown in FIGS.
Referring now to the drawings, a positioning apparatus 10 of the present invention has a base structure 12 above which a reticle stage 14 is suspended to move as desired, and a laser interferometer apparatus for tracking the position of the reticle stage. 15, a position sensor 13, and a position control device 16 that is operated by a CPU 16 ′ (see FIG. 8).
[0044]
An elongated positioning guide 17 is provided on the base 12, and a support bracket 18 (in the illustrated embodiment, two brackets) is movably supported on the guide 17 by, for example, an air bearing 20. . The support bracket 18 is connected to a drive assembly 22 or drive frame in the form of a magnetic track assembly for moving the reticle stage 14 in the X direction and slightly rotating it. This drive frame comprises a pair of magnetic track arms 24, 26 spaced in parallel, which are connected to each other by transverse arms 28, 30 to form an open rectangular body. . In a preferred embodiment, the drive frame 22 is movably supported on the base structure 12, for example by air bearings 32, so that the frame is in the longitudinal direction of the guide 17 on the base structure. It moves freely in the direction along the axis. This direction is the principal axis direction in which the scanning movement of the reticle stage is required. As used herein, “one direction” or “first direction” means that the frame 22 or reticle stage 14 moves forward or backward in the X direction along the longitudinal axis of the guide 17. means.
[0045]
1 and FIG. 7, the guide member or guide member 17 elongated in the X direction has front and rear guide surfaces 17A and 17B. These guide surfaces have a base structure. It is substantially orthogonal to the twelve surfaces 12A. The front guide surface 17A faces the rectangular drive frame 22, and guides the air bearing 20 fixed to the inside of the support bracket 18. The support bracket 18 is attached to each end of the upper surface of the arm 24 parallel to the guide member of the drive frame 22. Each support bracket 18 is formed in a hook shape and straddles the guide member 17 in the Y direction, and its free end faces the rear guide surface 17B on the rear side of the guide member 17. The air bearing 20 ′ is fixed inside the free end of the support bracket 18 and faces the rear guide surface 17B. Therefore, the movement of each support bracket 18 in the Y direction is restricted by the guide member 17 and the air bearings 20 and 20 ′, and can move only in the X direction.
[0046]
Next, according to the first embodiment of the present invention, the air bearing 32 fixed to the bottom surface of the four rectangular parts of the drive frame 22 forms an air layer, and the pad surface and the surface 12A of the base structure 12 are formed. There is a certain gap or gap (1 μm to less than several μm) between the two. The drive frame is levitated from the surface 12A by the air layer and supported in the vertical direction (Z direction). As will be described in detail later, in FIG. 1, the carrier / follower 60 located above the upper portion of the elongated arm 24 is supported by the bracket 62 facing both surfaces 17 A and 17 B of the guide member 17. The bearings 66A and 66B are supported in the lateral direction (Y direction), and supported in the vertical direction (Z direction) above the surface 12A of the base structure 12. Accordingly, the carrier / follower 60 is supported so as not to contact any part of the drive frame 22. Accordingly, the drive frame 22 is guided from the side by the guide member 17 above the surface 12A of the base and moves linearly only in the X direction.
[0047]
Next, a structure including the reticle stage 14 and the drive frame 22 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The reticle stage 14 includes a main body 42, and a reticle 44 is provided above the opening 46 of the main body. The reticle main body 42 includes a pair of opposed side portions 42A and 42B. The reticle main body 42 is placed and suspended above the base structure 12 by, for example, an air bearing 48. A plurality of interferometer mirrors 50 are provided on the main body 42 of the reticle stage 14, and the interferometer mirrors operate together with the position sensing device 15 (see FIG. 8) of the laser interferometer to the position control device 16. The exact position of the given reticle stage is determined, thereby leading to the proper drive signal for moving the reticle stage 14 as desired.
[0048]
The basic movement of the reticle stage 14 is performed by means in the form of a first electromagnetic drive assembly, ie, separate drive assemblies 52A, 52B provided on each of the opposing sides 42A, 42B. The drive assemblies 52A and 52B include drive coils 54A and 54B fixed to the side portions 42A and 42B of the reticle stage 14, respectively, and these drive coils are magnetic tracks 56A of the magnetic track arms 24 and 26 of the drive frame 22. , 56B. In the preferred embodiment of the present invention, the magnetic coil is attached to the drive frame 22, but the arrangement of such elements of the electromagnetic drive assembly 52 can be reversed.
[0049]
Here, the structure of the reticle stage 14 will be described in more detail. As shown in FIG. 1, the stage main body 42 is mounted so as to be movable in the Y direction in a rectangular space in the drive frame 22. The air bearing 48 fixed under each of the four corners of the stage body 42 forms an extremely small air gap between the pad surface and the surface 12A of the base, and the entire stage 14 is levitated from the surface 12A. Support this. The air gap 48 is preferably a preload type having a recess for performing vacuum suction on the surface 12A.
[0050]
As shown in FIG. 2, a rectangular opening 46 in the center of the stage main body 42 is provided, so that a projected image of the pattern formed on the reticle 44 can pass through the opening. In the central portion of the base structure 12, another opening is provided so that the projection image can pass through the rectangular opening 46 and through the projection optical device PL (see FIG. 7) provided below the rectangular opening. 12B is provided. The reticle 44 is placed on the surface of the stage main body by the clamp member 42 C and is adsorbed by the vacuum pressure, and the clamp member is provided to protrude at four points around the rectangular opening 46.
[0051]
Next, the interferometer mirror 50Y, which is fixed adjacent to the side portion 42B of the stage main body 42 in the vicinity of the arm 26, has a vertical reflecting surface that is elongated in the X direction, and is the length of the interferometer mirror. Is somewhat longer than the movement stroke of the stage 14 in the X direction, and the laser beam LBY from the Y-axis interferometer is incident perpendicularly to the reflection surface. In FIG. 2, the laser beam LBY is bent at a right angle by a mirror 12 D fixed to the side of the base structure 12.
[0052]
Referring to FIG. 3, which is a partial cross-sectional view taken along line 3-3 in FIG. 2, the laser beam LBY incident on the reflecting surface of the interferometer mirror 50Y is reflected on the bottom surface of the reticle 44 (pattern is attached to the clamp member 42C). Placed in the same plane as the surface to be formed). Also shown in FIG. 3 is an air bearing 20 that acts on the end face of the support bracket 18 facing the guide face 17B of the guide member 17.
[0053]
Referring again to FIGS. 1 and 2, the laser beam LBX1 from the X1-axis interferometer is incident and reflected by the interferometer mirror 50X1. Further, the laser beam LBX2 from the X2 axis interferometer is incident and reflected by the interferometer mirror 50X2. These two mirrors 50X1 and 50X2 are configured as corner cube type mirrors, and even when the stage 14 is yaw-rotated, the mirror always has the incident axis and the reflection axis of the laser beam parallel in the XY plane. To maintain. 2 is an optical block such as a prism for directing the laser beams LBX1 and LBX2 to the respective mirrors 50X1 and 50X2, and the optical block is fixed to the components of the base structure 12. The corresponding block for the LBY laser beam is not shown.
[0054]
In FIG. 2, the distance BL in the Y direction between the center lines of the two laser beams LBX1 and LBX2 is the length of the reference line used for calculating the amount of yaw rotation, that is, the amount of yaw rotation. . Therefore, the value obtained by dividing the difference between the measured value ΔX1 in the X direction of the X1 axis interferometer and the measured value ΔX2 in the X direction of the X2 axis interferometer by the reference line length BL is the yaw in a very small range. It is roughly equal to the amount of rotation. Further, a half value of the sum of ΔX1 and ΔX2 represents the X coordinate position of the entire stage 14. These calculations are performed by the high-speed digital processor of the position controller 16 shown in FIG.
[0055]
Further, the center lines of the laser beams LBX 1 and LBX 2 are set to the same surface as the surface on which the pattern is formed on the reticle 44. The extension line of the line GX shown in FIG. 2 and the extension line of the laser beam LBY shown in FIG. 2 that divides the space between the center lines of the laser beams LBX1 and LBX2 in half are the same surface as the surface on which the pattern is formed. Intersect in. Further, the optical axis AX (see FIGS. 1 and 7) also passes through the intersection as shown in FIG. In FIG. 1, the slit-shaped irradiation field ILS including the optical axis AX is shown on the reticle 44, and the pattern image of the reticle 44 is scanned and exposed to light via the projection optical device PL. The substrate is exposed.
[0056]
1 and 2, two rectangular blocks 90A and 90B fixed to the side portion 42A of the stage main body 42 are provided. These blocks 90 A and 90 B receive the driving force in the Y direction from the second electromagnetic actuator 70 attached to the carrier / follower 60. Details will be described later.
[0057]
The drive coils 54A and 54B fixed on both sides of the stage main body 42 are formed to be flat and parallel to the XY plane, and move in the magnetic flux space of the slot extending without contact in the X direction of the magnetic tracks 56A and 56B. To do. The assembly consisting of the drive coil 54 and the magnetic track 56 used in this embodiment is a general-purpose linear motor that is readily available commercially and may or may not have a commutator. .
[0058]
Here, considering the actual design, the movement stroke of the reticle stage 14 is roughly the size of the reticle 44 (the amount of movement required when performing scanning for exposure, and the irradiation optics for exchanging the reticle. The amount of movement required when removing the reticle from the apparatus). In this embodiment, when using a 6 inch reticle, the travel stroke is about 30 cm.
As explained above, the drive frame 22 and the stage 14 are levitated independently and supported on the surface 12A of the base, and at the same time, the magnetic action and reaction force are mutually in the X direction only by the linear motor 52. Acted. Thereby, the law of conservation of momentum works between the drive frame 22 and the stage 14.
[0059]
Next, assuming that the total weight of the reticle stage 14 is about one fifth of the total weight of the frame 22 including the support bracket 18, a 30 cm forward movement of the stage 14 in the X direction causes the drive frame 22 to move in the X direction. Retract 6 cm. This means that the position of the center of gravity of the device on the base structure 12 is substantially fixed in the X direction. A heavy object does not move in the Y direction. Accordingly, the fluctuation of the position of the center of gravity in the Y direction is relatively small.
[0060]
As described above, the stage 14 can move in the X direction, but the moving coils (54A, 54B) and the stator of the linear motor 52 can be moved in the Y direction when there is no actuator in the X direction. Interfere with each other. Therefore, the carrier / follower 60 and the second electromagnetic actuator 70, which are characteristic components of the present invention, are provided to control the stage 14 in the Y direction.
[0061]
Next, the structure will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3 and FIG.
As shown in FIG. 1, the carrier / follower 60 is attached to be movable in the Y direction by a hook-shaped support bracket 62 straddling the guide member 17. As is clear from FIG. 2, the carrier / follower 60 is provided above the arm 24 and maintains a certain space between the stage 14 (main body 42) and the arm 24. One end portion 60 E of the carrier / follower 60 protrudes substantially inwardly (above the stage body 42) above the arm 24. In this end part, a drive coil 68 (same shape as the coil 54) that enters the slot space of the magnetic track 56A is fixed.
[0062]
An air bearing 66A (see FIGS. 2, 3, 4 and 7) supported by the bracket 62 and facing the guide surface 17A of the guide member 17 is provided with the guide member and arm of the carrier / follower 60. It is fixed in the space between 24. Also shown in FIG. 3 is an air bearing 66 that levitates the carrier / follower 60 and supports the carrier / follower on the base surface 12A.
[0063]
The air bearing 66B in contact with the guide surface 17B of the guide member 17 is also fixed to the free end of the support bracket 62 provided on the side of the hook opposite to the air bearing 66A, and between the air bearings 66A and 66B. In addition, the guide member 17 is located.
[0064]
Next, as is apparent from FIG. 7, the carrier / follower 60 is arranged so as to maintain a certain space in the Y direction and the Z direction with respect to the magnetic track 56A and the stage main body 42, respectively. FIG. 7 shows the projection optical device PL and a column rod CB for supporting the base structure 12 above the projection optical device PL. Such a structure is common for projection aligners, where unnecessary movement of the center of gravity of the structure above the base structure 12 causes lateral displacement between the column rod CB and the projection optics PL. Therefore, during exposure, the image on the photosensitive substrate is distorted. Thus, the advantage of an apparatus such as this embodiment in which the movement of the stage 14 does not move the center of gravity above the base structure 12 is significant.
[0065]
The structure of the carrier / follower will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the carrier / follower 60 is broken down into two parts 60A, 60B for ease of understanding. As is clear from FIG. 4, the drive coil 68 that moves the carrier / follower 60 itself in the X direction is fixed to a lower portion of the end portion 60 E of the carrier / follower 60. Further, the air bearing 66C faces the base structure 12A on the bottom surface of the end portion 60E, and plays a role of floating the carrier / follower 60.
[0066]
Accordingly, the carrier / follower 60 is supported in the Z direction by the three points of the two air bearings 66 and the one air bearing 66C, and the movement in the Y direction is restricted by the air bearings 66A and 66B. It can move in the X direction. The important point in this structure is that the second magnetic trajectory arm 70 is arranged in a back-to-back relationship with the support bracket 62. Therefore, when the actuator generates a driving force in the Y direction, the stage 14 and the carrier / The reaction force in the Y direction with the follower 60 positively acts on the air bearings 66 A and 66 B fixed in the support bracket 62. In other words, by providing the actuator 70 and the air bearings 66A, 66B on a line parallel to the Y axis of the XY plane, the carrier / follower 60 is mechanically moved when the actuator 70 'is operating. To prevent undesired stresses that may be deformed. Conversely, this means that the weight of the carrier / follower 60 can be reduced.
[0067]
As is apparent from FIGS. 2, 4 and 6 described above, the magnetic trajectory 56A in the arm 24 in the form of the drive frame 22 provides magnetic flux to the drive coil 54A on the stage body 42 side. At the same time, magnetic flux is provided to the drive coil 68 for the carrier / follower 60. As for the air bearings 66A, 66B, 66C, a vacuum preload type is preferable because the carrier / follower 60 becomes light. A magnetic preload type can be used instead of a vacuum preload type.
[0068]
Next, the second actuator provided in the carrier / follower 60 will be described with reference to FIGS. 3, 5, and 7. A second electromagnetic drive assembly in the form of a voice coil motor 70 includes a voice coil 74 attached to the main body 42 of the reticle stage 14 and a magnet 72 attached to the carrier / follower 60. Moves the stage 14 in the X direction by a small distance on a motion plane orthogonal to the long linear movement of the stage 14 in the X direction caused by the drive assembly 22. The positions of the coil 74 and the magnet 72 can be reversed. A schematic structure of a voice coil motor (VCM) 70 is shown in FIGS. 3 and 7, and a detailed structure thereof is shown in FIG. FIG. 5 shows a cross-sectional view of the VCM cut along a horizontal plane indicated by an arrow 5 in FIG. In FIG. 5, the magnet 72 of the VCM 70 is fixed to the carrier / follower 60 side. The coil of the VCM 70 includes a coil main body 74A and a support component 74B. The support component 74B is a connection plate (XY) that extends firmly between the two rectangular blocks 90A and 90B. (Plate perpendicular to the plane) 92). The center line KX of the VCM 70 indicates the direction of the driving force of the coil 74. When a current flows through the coil body 74, the coil 74 performs a positive motion or a negative motion in the Y direction according to the direction of the current. And a force corresponding to the magnitude of the current is generated. In a commonly used VCM, a ring-shaped damper or bellows is generally provided between the coil and the magnet, thereby maintaining a gap between the coil and the magnet. For example, the gap is maintained by the following movement of the carrier / follower 60, and thus a support element as described above such as a damper or bellows is not necessary.
[0069]
In this embodiment, as shown in FIG. 5, capacitive gap sensors 13A and 13A are provided as positioning sensors 13 (see FIG. 8). In FIG. 5, electrodes for capacitive sensors are provided to detect changes in the gap in the X direction between the side surfaces of the rectangular blocks 90A and 90B facing each other in the X direction and the side surface of the case 70 ′ of the VCM 70. . Such a positioning sensor 13 can be placed anywhere as long as it can sense a change in the gap in the Y direction between the carrier / follower 60 and the stage 14 (or body 42). . Further, the sensor type can be any non-contact type, such as an optoelectronic, dielectric, ultrasonic, or air micro device.
[0070]
The case 70 ′ in FIG. 5 is integrated with the carrier / follower 60 and is provided (spatially) so as not to contact any member on the reticle stage 14 side. Regarding the gap in the X direction (scanning direction) between the case 70 'and the rectangular blocks 90A and 90B, the gap on the sensor 13B side decreases as the gap on the sensor 13A side increases. Accordingly, the difference between the gap value measured by the sensor 13A and the gap value measured by the sensor 13B is obtained by digital calculation or analog calculation, and controls the drive current of the drive coil 68 for the carrier / follower 60. The direct servo (feedback) controller is designed with a servo drive circuit that zeros this gap difference so that the carrier / follower 60 automatically follows the X-direction tracking movement. Run and always maintain some space for the stage body 42. In addition, the indirect servo controller, which controls the flow of current to the drive coil 68 by the operation of the position controller 16 of FIG. 8, has a measured gap value obtained from only one of the sensors and the X-axis interference. It is possible to design without using the two gap sensors 13A and 13B differentially by using the X coordinate position of the stage 14 measured from the meter.
[0071]
In the VCM 70 shown in FIG. 5, the gap in the X direction (non-excitation direction) between the coil body 74A and the magnet 72 is actually about 2-3 mm. Accordingly, the accuracy of tracking of the carrier / follower 60 with respect to the stage main body 42 can be about ± 0.5-1 mm. This accuracy depends on how much the yaw rotation amount of the stage main body is allowed, and also depends on the length of the line in the KX direction (excitation direction) of the coil main body 74A of the VCM 70. In addition, the degree of accuracy is the accurate positioning accuracy (± 0.03 μm) of the stage main body 42 when using an interferometer (for example, assuming that the resolution of the interferometer is 0.01 μm). Is much lower. This means that the servo device for the follower can be designed fairly easily, and the cost of installing the follower control device is reduced. 5 is set so as to pass through the center of gravity of the entire stage 14 on the XY plane, and the center of gravity of each of the pair of air bearings 66A and 66B provided inside the support bracket 62 shown in the figure. Is also located on the line KX in the XY plane.
[0072]
FIG. 6 shows a cross-sectional view of a part including the guide member 17, the carrier / follower 60, and the magnetic track 56 A cut from the direction of the arrow 6 in FIG. 2. The arm 24 that houses the magnetic track 56A is levitated and supported on the base surface 12A by the air bearing 32, and the carrier / follower 60 is levitated on the base surface 12A by the air bearing 66. And is supported. At this time, the height of the air bearing 48 on the bottom surface of the stage main body 42 (FIG. 3 or FIG. 7) and the height of the air bearing 32 are determined by the drive coil 54A on the stage main body 42 side of the slot of the magnetic track 56A. In space, it is determined to maintain a gap of 2-3 mm in the Z direction.
[0073]
The Z and Y spaces between the carrier / follower 60 and the arm 24 rarely change because both the carrier / follower and the arm have a common guide member 17 and This is because it is guided by the surface 12A of the base. Also, on the surface 12A of the base on which the air bearing 32 on the bottom surface of the drive frame 22 (arm 24) is guided and on the surface 12A of the base on which the air bearing 48 on the bottom surface of the stage body is guided. Even if there is a difference in height in the Z direction between the parts, as long as such a difference is strictly constant within the range of the movement stroke, the Z between the magnetic trajectory 56A and the drive coil 54A. The direction gap is also kept constant.
[0074]
Further, since the drive coil 68 for the carrier / follower 60 is originally fixed to the carrier / follower 60, a 2-3 mm gap is maintained above and below in the slot space of the magnetic track 56A. It is made like that. The drive coil 68 rarely shifts in the Y direction with respect to the magnetic orbit 56A.
[0075]
Cables 82 (see FIG. 2) for sending signals are provided to the drive coils 54A and 54B on the stage 14, the coil 74 of the voice coil motor, and the carrier / follower drive coil 68, and these cables 82 are provided. Is provided on the carrier / follower 60 and the guide 17, and thus removes the pulling force applied to the reticle stage 14. The voice coil motor 70 acts as a buffer by preventing transmission of mechanical disturbance force to the stage 14.
[0076]
Therefore, the output of the cable will be described in detail with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, a connector 80 is provided on one end of the guide member 17 on the base structure 12 to connect the electric wire of the electric device and the pipe of the pneumatic and vacuum device (hereinafter referred to as a cable). It has been. The connector 80 connects a cable 81 from an external control device (including a control device for pneumatic and vacuum devices in addition to the electrical system control device shown in FIG. 8) to the flexible cable 82. The cable 82 is also connected to the end piece 60E of the carrier / follower 60, and the system wires and the pneumatic and vacuum equipment tubes required for the stage body 42 are distributed as a cable 83.
[0077]
As described above, the VCM 70 acts to eliminate the effects of cable pulling force or tension, but sometimes the effect is an unexpected moment between the carrier / follower 60 and the stage body 42. May appear as In other words, the tension of the cable 82 applies a force for rotating the guide surface of the guide member 17 or the surface 12A of the base to the carrier / follower 60, and the tension of the cable 83 depends on the carrier / follower 60 and the stage. A force to rotate these relative to the main body is given.
[0078]
One such moment, ie, the component that shifts or moves the carrier / follower 60 is not a problem, but the moment that shifts the stage body in the X, Y and θ directions (yaw rotation direction) is , Alignment or overlay accuracy may be affected. For the X and θ directions, the shift can be corrected by a series of drives by two linear motors (54A, 56A, 54B, 56B), and for the Y direction, the shift is corrected by the VCM 70. be able to. In this embodiment, the total weight of the stage 14 can be significantly reduced, and the response of the VCM 70 in the Y direction of the stage 14 and the response by the linear motors in the X and θ directions are completely non-contacting. Combined with the guideless structure, it is extremely expensive. Further, even when micron vibration (micron unit vibration) is generated in the carrier / follower 60 and such micron vibration is transmitted to the stage 14 via the cable 83, such vibration (several Hz to several Hz) is generated. (Up to 10 Hz) can be sufficiently eliminated by the high response described above.
[0079]
Next, FIG. 4 shows how each cable is distributed by the carrier / follower 60. The drive signals 54A and 54B for the stage main body 42 and the drive signals to the drive coil 74 of the VCM 70 and the sensing signals from the position sensor 13 (gap sensors 13A and 13B) enter the system electric wire 82A from the connector 80. Pressure gas and vacuum to each air bearing 48, 66 enters the pneumatic system tube 82B from the connector 80. On the other hand, the drive signals to the drive coils 54A and 54B enter the electric wire 83A connected to the stage main body 42, and the pressure gas for the air bearing 48 and the vacuum for the clamp member 42C are supplied to the air system. Enter the hose 83B.
[0080]
In addition to the line shown in FIG. 2, it is preferable to provide another line for the pneumatic system for the air bearings 20, 20 ′, 32 of the drive frame 22. Further, as shown in FIG. 4, when the tension or vibration of the cable 83 cannot be prevented, the moment caused by the tension or vibration received by the stage main body 42 is arranged so as to be limited only in the Y direction as much as possible. good. In this case, the moment can only be resolved by a VCM having a very high response.
[0081]
1, 2, and 8, the positioning of the reticle stage 14 is performed by first knowing its current position using the laser interferometer device 15. A drive signal is sent to the drive coils 54A and 54B of the reticle stage to drive the stage 14 in the X direction. In driving, when a differential force is applied to both side portions 42A and 42B of the reticle stage 14, the reticle stage 14 generates a minute yaw rotation. An appropriate drive signal to the voice coil 72 of the voice coil motor 70 causes a minute displacement or movement of the reticle stage 14 in the Y direction. As the position of the reticle stage 14 changes, a drive signal is sent to the carrier / follower coil 68 so that the carrier / follower 60 follows the reticle stage 14. The resulting reaction force against the applied drive force moves the magnetic track assembly or drive frame 22 in a direction opposite to the movement of the reticle stage 14, thereby substantially maintaining the position of the center of gravity of the device. It will be appreciated that a counterweight or reaction of the magnetic track assembly 22 need not be included in the device, in which case the magnetic track assembly 22 can be fixedly provided on the base 12.
[0082]
As described above, the control device shown in FIG. 8 is provided to control the stage device of this embodiment. This control device of FIG. 8 will be described in detail below. The reticle stage 14 is provided with an X1 drive coil and an X2 drive coil configured as drive coils 54A and 54B of the two linear motors, and a Y drive coil configured as a drive coil 72 of the VCM 70, respectively. The drive coil 68 is provided on the carrier / follower 60. Each of these drive coils is driven by the position control device 16 in accordance with the drive signals SX1, SX2, SY1, SΔX. The laser interferometer apparatus for measuring the coordinate position of the stage 14 includes an X1-axis interferometer that transmits / receives a beam, that is, a light beam LBY, and an X2-axis interferometer that transmits / receives a beam LBX2. Information IFY, IFX1, IFX2 regarding each direction of each axis is transmitted to the position control device 16. The position control device 16 transmits the two drive signals SX1, SX2 to the drive coils 54A, 54B, whereby the difference between the position information IFX1, IFX2 in the X direction becomes a set value. In other words, the yaw rotation amount of reticle stage 14 is maintained at the set value. Accordingly, once the reticle 44 is aligned on the stage main body 42 during the exposure, of course, the beams LBX1, LBX2, the X1-axis interferometer and the X2-axis interferometer, the position control device 16, and the drive signals SX1, SX2 are used. The positioning of the yaw rotation (in the θ direction) is always performed.
[0083]
Further, the control device 16 that has obtained the current coordinate position of the stage 14 in the X direction from the total average value of the position information IFX1 and IFX2 in the X direction receives various commands from the host CPU 16 ′ and information on each parameter. Based on the CD, drive signals SX1, SX2 are transmitted to the drive coils 54A, 54B, respectively. In particular, when scanning exposure is operating, it is necessary to linearly move the stage 14 in the X direction while correcting the yaw rotation amount, and the control device 16 applies the same or slightly different force as necessary. The two drive coils 54A and 54B are controlled.
[0084]
The position information IFY from the Y-axis interferometer is also transmitted to the control device 16, and the control device 16 transmits an optimal drive signal SΔX to the drive coil 68 of the carrier / follower 60. At this point, the control device 16 receives the sensing signal Spd from the position sensor 13 that measures the space in the X direction between the reticle stage 14 and the carrier / follower 60, and transmits the necessary signal SΔX, The signal Spd is set to the above set value. The tracking accuracy of the carrier / follower 60 is not so strict, and the sensing signal Spd of the control device 16 does not need to be determined strictly. For example, when the motion is controlled by reading the position information IFY, IFX1, IF2 from each interferometer every 1 millisecond, the high speed processor (arithmetic unit) of the control device 16 detects the sensing signal each time. The current of Spd is sampled, and it is determined whether the value is larger or smaller than the reference value. If the deviation exceeds a certain point, a signal SΔX proportional to the deviation can be transmitted to the drive coil 68. Further, as described above, it is possible to provide a control device 95 that directly servo-controls the drive coil 68 and directly controls the follow-up motion of the carrier / follower 60 without going through the position control device 16.
[0085]
The illustrated movable stage apparatus does not have any attachments that constrain the movable stage apparatus in the X direction, so small effects can cause such stage apparatus to drift or fluctuate in the positive or negative X direction. Sometimes. This can cause certain parts to collide with each other when such imbalance becomes excessive. Such effects include cable forces, inaccurate leveling of the base reference surface 12A, ie, levelness, or friction between components. One simple method is to use a weak bumper (not shown) to prevent excessive movement of the drive assembly 22. Another simple method is to shut off the supply of air to one or more air bearings (32, 20) used to guide the drive assembly 22 when the drive assembly reaches near the end of the stroke. It is to be. Such an air bearing can be activated when driving in the opposite direction begins.
[0086]
A more accurate method involves monitoring the position of the drive assembly by means of measurement (not shown) and providing a driving force to restore and maintain the correct position. The accuracy of such measuring means does not need to be exact, but accuracy of about 0.1 to 1.0 mm is required. The drive force can be provided using another linear motor (not shown) attached to the drive assembly 22 or another motor connected to the drive assembly.
[0087]
Finally, the one or more air bearings (66, 66A, 66B) of the carrier / follower 60 can be deactivated to act as a brake during the idle period of the stage 42. When the carrier / follower 60 coil 68 is energized and the carrier / follower 60 is braked, the drive assembly is driven and accelerated. Accordingly, the position controller 16 monitors the position of the drive assembly 22. As the drive assembly drifts out of position, the drive assembly is repositioned with sufficient accuracy using the carrier / follower 60 coil 68 intermittently.
[0088]
In the first embodiment of the present invention, the drive frame 22 functioning as a counterweight is provided so as not to move the position of the center of gravity of the entire apparatus, and is moved in a direction opposite to the stage main body 42. However, when the structure of FIGS. 1 to 7 is applied to an apparatus in which the movement or shift of the center of gravity is not a big problem, the drive frame 22 can be fixed together with the base structure 12. In such a case, some effects and functions can be obtained without making any changes to the apparatus except for the problem concerning the center of gravity.
[0089]
The present invention provides a stage that can be used to provide precise position and motion control with three degrees of freedom in a plane. Its features are (1) a long linear motion, (2) a short linear motion orthogonal to such a long linear motion, and (3) a small amount of yaw rotation. This stage is insulated from the mechanical adverse effects of surrounding structures by using electromagnetic force as a stage driver (stage driving device). By using the structure for the guideless stage, a high control bandwidth can be obtained. These two key points contribute to achieving a smooth and accurate operation of the stage.
[0090]
In mind the description of the embodiment shown in explanatory FIGS. 1 through 8 of the preferred embodiment, referring to FIGS. 9 and 10, are preferred embodiments of the present invention is shown, each of the embodiments The last two digits of the component reference number generally correspond to the two-digit reference number of each component in FIGS.
[0091]
9 and 10, unlike the first embodiment described above, the drive frame functioning as a counterweight is removed, and the magnetic tracks 156A and 156B of the two linear motors are firmly attached to the base structure 112. It is attached. The stage body 142 that moves linearly in the X direction is provided between the two magnetic tracks 156A and 156B. As shown in FIG. 10, an opening 112B is formed in the base structure 112, and the stage main body 142 is disposed so as to straddle the opening portion 112B in the Y direction. At both ends of the stage body 142 in the Y direction, four preload type air bearings 148 are fixed to the bottom surface, and the air bearings float the stage body 142 and support the surface 112A of the base. Yes.
[0092]
Further, according to the present embodiment, the reticle 144 is sandwiched and supported on a reticle holding plate, that is, a reticle chuck plate 143 provided separately on the stage main body 142. A reticle chuck plate 143 is provided with a linear mirror 150Y for the Y-axis laser interferometer and two corner mirrors 150X1 and 150X2 for the X-axis laser interferometer. The driving coils 154A and 154B are fixed to the magnetic tracks 156A and 156B at both ends in the Y direction of the stage main body 142, and move the stage main body 142 linearly in the X direction by the control subsystem described above. Rotate the yaw by a very small amount.
[0093]
As is clear from FIG. 10, the magnetic track 156B on the right side of the linear motor and the magnetic track 156A on the left side of the linear motor are arranged so that the heights in the Z direction between these tracks are different. In other words, the bottom surfaces of both ends in the direction of the long axis of the left magnetic track 156 are arranged at a certain height above the surface 112A of the base using the block member 155, as shown in FIG. ing. The carrier / follower 160 to which the VCM is fixed is provided in the space below the magnetic track 156A above.
[0094]
The carrier / follower 160 is levitated and supported by preloaded air bearings 166 (two points) on the base surface 112A ′ of the base structure 112 at a lower level. Further, two preload type air bearings 164 provided on the base structure 112 and facing the vertical guide surface 117A of the linear guide member 117 are fixed to the side surface of the carrier / follower 160. This carrier / follower 160 is different from that shown in FIG. 4 for the above-described embodiment, and the drive coil 168 (FIG. 9) for the carrier / follower 160 is perpendicular to the bottom of the carrier / follower 160. It is fixed horizontally to the elongating part and is provided without contact in the magnetic flux slot of the magnetic track 156A. The carrier / follower 160 is disposed so as not to contact any part of the magnetic track 156A within the range of the movement stroke, and includes a VCM 170 that accurately positions the stage main body 142 in the Y direction.
[0095]
In FIG. 9, an air bearing 166 that floats and supports the carrier / follower 160 is provided under the VCM 170. The following movement of the carrier / follower 160 with respect to the stage main body 142 is also performed based on the sensing signal from the position sensor 13 as in the above-described embodiment.
[0096]
In the second embodiment configured as described above, since there is substantially no member functioning as a counterweight, the center of gravity of the entire apparatus moves or shifts in accordance with the shift of the stage body 142 in the X direction. There is an inconvenience. However, by using the carrier / follower 160 to follow the stage main body 142 without contact, the stage main body 142 can be accurately positioned in the Y direction by the non-contact electromagnetic force generated by the VCM 170. is there. Further, since the two linear motors are arranged so that there is a difference in the height direction Z, the vector sum of force moments generated by the respective linear motors is extremely small at the center of gravity of the entire reticle stage. The reason is that the force moments of the respective linear motors substantially cancel each other.
[0097]
Further, since the action axis in the longitudinal direction of the VCM 170 (line KX in FIG. 5) passes through the center of gravity of the entire structure of the stage not only on the XY plane but also in the Z direction, the driving force of the VCM 170 causes an unnecessary moment. Is more difficult to apply to the stage main body 142. Further, since the method of connecting the cables 82 and 83 via the carrier / follower 160 can be applied in the same manner as the first embodiment, there is a problem with the completely non-contact type guideless stage. Improved.
[0098]
The same guideless principle can be employed in other embodiments. For example, in FIGS. 11 and 12, the stage 242 supported on the base 212 is driven in the longitudinal X direction by a single moving coil 254 moving in a single magnetic track 256. The magnetic track is firmly attached to the base 212. The center of gravity of the coil is located near the center of gravity of the stage 242. In order to move the stage in the Y direction, a pair of VCMs (274A, 274B, 272A, 272B) are activated and an acceleration force in the Y direction is applied. To control yaw rotation or yawing, the coils 274A, 274B are activated differentially under the control of the electronic subsystem. VCM magnets (272A, 272B) are attached to the carrier / follower stage 260. The carrier / follower stage is guided and driven as in the first embodiment described above. This alternative embodiment can be used for a wafer stage. When used in a reticle stage, a reticle can be provided on one side of the coil 254 and track 256, and the center of gravity of the stage 242 needs to be maintained through the coil 254 and track 256. Can be provided with a compensation opening on the side of the coil 254 and the track 256 opposite to the reticle to keep the stage 242 balanced.
[0099]
The advantages obtained from each of the above embodiments can be roughly summarized as follows. To maintain accuracy, the carrier / follower design eliminates the problem of cable tension for the stage because the cable connected to the stage follows the stage via the carrier / follower. The cable connecting the carrier / follower to the external device has a certain amount of tension, but the stage is not affected by this, because it transmits mechanical disturbances to the stage. By blocking, the stage is not directly connected to the carrier / follower acting as a buffer.
[0100]
The counterweight design also maintains the position of the center of gravity of the stage device during stage movement in the long stroke direction using the law of conservation of momentum. This device substantially eliminates the reaction force between the stage device and the base structure to which the stage device is mounted, thereby enabling large accelerations while minimizing the effects of vibration on the device.
[0101]
Also, since the stage is designed to perform limited motion with three degrees of freedom, as described above, such a stage performs full range of motion in all three degrees of freedom. Compared to a stage that is designed to be very simple. Also, unlike the non-commutator type device, the present invention uses commercially available electromagnetic elements. Since the present invention does not require custom-made electromagnetic elements that become increasingly difficult to manufacture as the stage dimensions and stroke increase, the present invention facilitates changing the stage dimensions or stroke. It is.
[0102]
In the embodiment using a single linear motor, it is not necessary to use the other linear motor, and the yaw angle can be corrected by using two VCMs.
Although the invention has been described in terms of a preferred embodiment, the invention can take various alternative forms and should be limited only by the scope of the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of an apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the apparatus shown in FIG.
3 is an elevational view showing the structure shown in FIG. 2 as viewed in the direction of the arrow along line 3-3. FIG.
4 is an enlarged perspective view showing the carrier / follower structure of FIG. 1 partially disassembled in a state disassembled from a positioning guide. FIG.
5 is an enlarged horizontal cross-sectional view showing a part of the structure shown in FIG. 7 as viewed in the direction of the arrow along the line 5. FIG.
6 is an enlarged vertical sectional view showing a part of the structure shown in FIG. 2 with the voice coil motor removed and seen in the direction of the arrow along line 6. FIG.
7 is a vertical sectional view showing a part of the structure shown in FIG. 2 as viewed in the direction of the arrow along line 7-7. FIG.
FIG. 8 is a block diagram schematically illustrating a sensing / control apparatus for controlling the position of the stage.
FIG. 9 is a plan view similar to FIG. 2, showing a preferred embodiment of the present invention.
10 is a vertical sectional view showing the structure shown in FIG. 9 as viewed in the direction of the arrow along the line 10-10. FIG.
FIG. 11 is a plan view similar to FIG. 9 showing another embodiment of the present invention in a highly simplified manner.
FIG. 12 is an elevational view similar to FIG. 10 showing yet another embodiment of the present invention in a highly simplified manner.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Positioning device 12 Base structure 14 Reticle stage 16 Position control device 16 'CPU
17A, 17B Guide surface 17 Positioning guide 18 Support bracket 20 Air bearing 22 Drive assembly (drive frame)
24, 26 Magnetic track arm 32 Air bearing 42 Main body 52 Electromagnetic drive assemblies 54A, 54B Drive coils 56A, 56B Magnetic track 60 Carrier / follower

Claims

In an exposure apparatus that includes a reticle stage that moves at least in a first direction on a reference surface, and that exposes a reticle pattern onto a substrate,
(A) a counterweight capable of moving in the first direction;
(B) a first magnetizing member provided on the reticle stage and a second magnetizing member provided on the counterweight so as to generate a driving force in the first direction, and the reticle stage is electromagnetically Driving means for driving automatically,
(C) a projection optical device that is provided below the reticle stage and the counterweight and projects a pattern of the reticle onto the substrate;
Above the projection optical apparatus, the reticle stage moves via a first fluid bearing, and the counterweight is placed on a base structure via a second fluid bearing provided at a position different from the first fluid bearing. It moved, by the excitation of the driving means, the reticle stage and said counter weight is an exposure apparatus characterized by moving each of the opposite direction in the first direction.

The exposure apparatus according to claim 1 , wherein
An exposure apparatus, wherein one of the first magnetization member and the second magnetization member is a coil, and the other of the first magnetization member and the second magnetization member is a magnet.

The exposure apparatus according to claim 1 or 2 ,
An exposure apparatus comprising a laser interferometer for detecting the position of the reticle stage.

The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the drive means is an exposure apparatus characterized by correcting the yawing of the reticle stage.

The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 4 ,
The reticle stage has a pair of opposing side parts, the driving means has a pair of driving assemblies, and the driving assembly is provided on the opposing side parts of the reticle stage. .

The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 5 ,
The exposure apparatus according to claim 1, wherein the counterweight has an arm along the first direction.

The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 6 ,
An exposure apparatus according to claim 1, wherein the counterweight is rectangular.

The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 7 ,
An exposure apparatus comprising a linear motor for adjusting the position of the counterweight.

The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 8 ,
The exposure apparatus is a scanning exposure apparatus that exposes a pattern of the reticle onto the substrate while the reticle stage is scanned.

In an exposure method comprising a reticle stage that moves at least in a first direction on a reference surface, and exposing a reticle pattern onto a substrate,
A first magnetizing member provided on the reticle stage that moves via a first fluid bearing; and a second magnetizing member provided on a counterweight that moves on a base structure via a second fluid bearing . Applying an actuating force to move the reticle stage in the first direction by driving means ;
Moving the counterweight in the opposite direction in response to the acting force ;
And a step of projecting the pattern of the reticle onto the substrate by a projection optical device provided below the reticle stage and the counterweight.

The exposure method according to claim 10 , wherein
One of the first magnetizing member and the second magnetizing member is a coil, and the other of the first magnetizing member and the second magnetizing member is a magnet.

The exposure method according to claim 10 or 11 ,
An exposure method, comprising: detecting a position of the reticle stage by a laser interferometer device.

The exposure method according to any one of claims 10 to 12 ,
An exposure method comprising correcting the yawing of the reticle stage.

The exposure method according to any one of claims 10 to 13 ,
The reticle stage has a pair of opposing side portions, the driving means has a pair of driving assemblies, and the driving assembly is provided on the opposing side portions of the reticle stage. Exposure method.

The exposure method according to any one of claims 10 to 14 ,
The exposure method according to claim 1, wherein the counterweight has an arm along the first direction.

The exposure method according to any one of claims 10 to 15 ,
The exposure method is characterized in that the counterweight is rectangular.

The exposure method according to any one of claims 10 to 16 ,
An exposure method comprising a step of adjusting a position of the counterweight by a linear motor.

The exposure method according to any one of claims 10 to 17 ,
An exposure method, wherein the reticle pattern is exposed to the substrate while the reticle stage is scanned.

9. The exposure apparatus according to claim 1, further comprising electromagnetic means for moving the reticle stage in a second direction substantially perpendicular to the first direction .