JP3977086B2 - ステージシステム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等に用いることが可能な高速かつ高精度なステージ装置を含むステージシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
図9は、従来例に係るステージ装置の要部概略図である。同図において、従来例に係るステージ装置は、ベース(不図示)にガイド903が固定され、ガイド903に対して1軸方向に滑動自在に工作物902を載置するステージ904が支持されている。ステージ904の両サイドにはリニアモータ可動子905が固定され、各リニアモータ可動子905にはリニアモータ固定子906が非接触で対面し、各リニアモータ固定子906はベース(不図示)に固定されている。リニアモータ可動子905は、4極の磁石905aと磁石905aの磁束を循環させるためのヨーク905bを一体にしたものを上下に配置して構成される。リニアモータ固定子906は、複数(図9の場合は6個)のコイル906aを1列に並べたものを固定子枠906bで固定したもので構成される。
【0003】
リニアモータ901は、一般的なブラシレスDCモータの展開タイプで磁石905aとコイル905bの相対位置関係に応じて駆動コイル、およびその電流の方向を切り替えて所望の方向に所望の力を発生させるものである。
【0004】
図9より、動作について説明すると、上記構成において、まずステージ904を静止させた状態でステージ904の位置に応じて所定のリニアモータコイル906aに所定方向の電流を所定時間流してステージ904を加速し、所望の速度に達したら加速をやめて露光や検査等の仕事を行い、一定速度期間を過ぎると所定のリニアモータコイル906aに所定方向の電流を所定時間流してステージ904を減速し、ステージ904を停止させる。
【0005】
ステージ904の位置は、不図示のレーザ干渉計等による高精度位置センサで計測され、所望位置との誤差をゼロにするように加減速とは別にリニアモータコイル906aに電流を流すようにしており、加減速中・一定速度期間中とにかかわらず、常に高精度な位置制御を行うようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来例においては、リニアモータで駆動する場合、常時高精度な位置制御がかかるという点ではよいのだが、ローレンツ力のみで駆動するため加減速時の発熱が大きい。また、発熱源が工作物の近くにあり、またリニアモータ固定子全体を冷却するのは困難であるため、リニアモータの発熱が大きいと、工作物周辺の部材が熱膨張で変形したり、計測基準が熱膨張で変形したり、またレーザ干渉計の光路の空気密度の擾乱となったりして工作物の位置精度を低下させるという問題があった。
【0007】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、リニアモータの発熱による各種問題を防ぎ、高速かつ高精度なステージ装置を含むステージシステムを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のステージシステムは、移動自在なステージと、
前記ステージに対して電磁石により該電磁石の発生する磁束の方向に力を与える機構と、
前記電磁石を前記ステージの移動方向へ移動する電磁石移動機構と、
時間と前記電磁石移動機構がその時間に発生すべき加速度との関係である加速度プロファイルを生成する加速度プロファイル生成器と、
時間と前記電磁石がその時間に発生すべき磁束との関係である磁束プロファイルを生成する磁束プロファイル生成器と、
前記加速プロファイル生成器の出力にもとづいて前記電磁石移動機構を制御する電磁石移動機構制御器と、
前記電磁石が発生する磁束の信号を検出する磁束信号検出器を含み、前記磁束信号検出手段の出力と前記磁束プロファイル生成手段の出力にもとづいて前記電磁石の磁束を制御する電磁石磁束制御器とを備え、
前記磁束プロファイルの磁束の2乗が、前記加速度プロファイルの加速度に比例するように前記磁束プロファイルは生成されることを特徴とする。
【0009】
さらに、本発明は、工作物が載置され、リニアモータ可動子と磁性体部とを具備する天板と、
前記リニアモータ可動子と協働して力を発生するリニアモータ固定子と、前記磁性体板と協働して力を発生する電磁石とを具備するステージと、
前記ステージを駆動するための駆動手段と、
時間と前記天板がその時間に存在するべき位置との関係である位置プロファイルを生成する位置プロファイル生成器と、
時間と前記駆動手段がその時間に発生すべき加速度との関係である加速度プロファイルを生成する加速度プロファイル生成器と、
時間と前記電磁石がその時間に発生すべき磁束との関係である磁束プロファイルを生成する磁束プロファイル生成器と、
前記天板の位置を計測する天板位置計測手段と、
前記ステージの位置を計測するステージ位置計測手段と、
前記電磁石が発生する磁束の信号を検出する磁束信号検出器と、
前記天板位置計測手段の出力と前記位置プロファイル生成器の出力にもとづいて前記天板の位置を制御する天板位置制御器と、
前記位置プロファイル生成の出力と、器前記位置計測手段の出力と、前記加速度プロファイル生成器の出力とにもとづいて前記ステージの位置を制御するステージ位置制御器と、
前記磁束信号検出器の出力と前記磁束プロファイル生成器の出力にもとづいて前記電磁石の磁束を制御する電磁石磁束制御器と、を備え、
前記磁束プロファイルの磁束の2乗が、前記加速度プロファイルの加速度に比例するように前記磁束プロファイルは生成されることを特徴とする。
【0023】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係るステージシステムの要部概略図である。
同図においては、不図示のベースにガイド151が固定され、ガイド151に対して1軸方向に滑動自在に工作物を載置するステージ152が支持されている。ステージ152の片サイドにはリニアモータ可動子153が固定され、リニアモータ可動子153にはリニアモータ固定子154が非接触で対面し、リニアモータ固定子154は不図示のベースに固定されている。
【0024】
リニアモータ170の方式は、図9のものと同様である。このリニアモータ170は、制御系においてソフト的またはハード的な電流のリミッタが設けられており、発熱が問題になるような電流を流さないようになっている。また、後述するように、制御系が正常に動作していれば、このリミッタにたよらずとも発熱が問題になるような電流は流れないように制御される。
【0025】
さらに、ステージ152のもう片側には、磁性体板157が設けられる。この磁性体板157を両側から電磁石158により挟むように、1対の電磁石ユニット(ローレンツ力発生機構)が設けられる。この1対の電磁石ユニットは、ナット160上に固定されている。ナット160は、モータ161と送りねじ159によってステージ152と略同一方向に移動できる。この結果、モータ161と送りねじ159によって、1対の電磁石ユニットがステージ152と略同一方向に移動できるようになっている。この電磁石ユニットを移動するための送りねじ159系もまた、不図示のベースに固定されている。また、1対の電磁石ユニットを構成する各々の電磁石158と磁性体板157の間は、わずかな空隙を介して互いに非接触が保たれている。各々の電磁石158は、円弧状のヨーク158aと、それに巻きまわした駆動コイル158bと、ヨーク158aに巻きまわしたサーチコイル158cとを有する。コイル158bに電流を流すとヨーク158aと磁性体板157の間に吸引力が働くようになっている。また、ヨーク158aに通る磁束の変化率がサーチコイル158cにより測定できるようになっている。各々の電磁石158の各コイル158b,158cは、別々に電圧または電流を制御できるようになっている。この結果、両コイル158b,158cに流す電圧電流を調整することにより、各々の電磁石158と磁性体板157の間に働く吸引力が調整でき、これにより1対の電磁石158から磁性体板157に作用する合力と、その合力の方向が調整できるようになっている。
【0026】
図1における制御系のブロック図において、移動目標指示手段となる移動目標101と該移動目標101を基に時間とその時間に存在するべきステージ152の位置の関係を生成する位置プロファイル生成器102と、時間とその時間に発生すべき加速度の関係を生成する加速プロファイル生成器103と、時間とその時間に発生すべき電磁石158の磁束の関係を生成する磁束プロファイル生成器104とが設けられている。ここで、図2に図1における各指示プロファイル102,103,104の関係を示す。
【0027】
制御系としては、微動リニアモータ170でステージ152の位置をフィードバック制御するステージ位置制御系と、モータ161および送りねじ159で一対の電磁石ユニットの位置をフィードバック制御する電磁石位置制御系と、電磁石の吸引力を制御する電磁石吸引力制御系とが設けられている。
【0028】
位置プロファイル生成器102の出力は、ステージ位置制御系およびナット位置制御系に入力される。また、加速プロファイル生成手段103の出力は電磁石位置制御系のモータ電流アンプ131にフィードフォワード信号として入力される。さらに、磁束プロファイル生成器104の出力は、電磁石制御系に入力される。
【0029】
微動LM位置サーボ系は、位置プロファイル生成器102による現在ステージ152が存在するべき位置と、干渉系156で測定したステージ152の現在存在する位置との偏差に、PID等に代表される制御演算を制御演算器121により施し、その結果をアナログ電圧で出力する演算部と、該アナログ出力電圧に比例する電流をリニアモータ170に供給する微動電流アンプ122と、該電流によりステージ152に推力を付与するリニアモータ170と、リニアモータ170の位置を計測する干渉計156とから構成される。この部分は、位置プロファイル生成器102の出力を指令値とする通常の位置サーボ系であるが、大推力が必要なときは、後述の電磁石制御系から力を得るようになっている。リニアモータ170は、目標位置とのわずかな位置偏差をとるための小さい推力を発生するだけなので、発熱が問題になるような電流が流れないようになっている。また、ソフト的またはハード的にリニアモータ170の電流を制限しており、吸引FF系との連動が誤動作した場合でも発熱が問題になるような電流が流れないようになっている。
【0030】
電磁石位置制御系は、1対の電磁石ユニットの位置を位置プロファイル102にならうように移動させるものである。電磁石158は、極めて小さい発熱で大きな吸引力を発生できる利点があるが、相手の磁性体板157との空隙を保たなければならない。電磁石158から磁性体板157、ひいてはステージ152に所望の力を与え続けるにはステージ152の移動にならって電磁石158を移動させ、上記空隙がぶつからないようにする必要がある。そこで、位置プロファイル102により電磁石158の位置をモータ161のエンコーダ(ENC)132でフィードバックする位置制御系に入力し、モータ161と送りねじ159により(電磁石移動機構により)電磁石158をステージ152とほぼ同じ位置プロファイル102に従うよう移動させ、電磁石158とステージ152の相対位置がほぼ一定になるようにしている。このモータ161は、加速時、電磁石ユニットの合力に相当するトルクに加え、電磁石158および送りねじ159系のイナーシャを加速するためのトルクを発生する。そのためには、加速時に位置制御系にそれ相応の位置偏差がたまらなければならない。そこで、加速プロファイル生成器103の出力を制御演算器133の出力に加算してモータ電流アンプ131に入れ、加速度をフィードフォワード的にモータ161へ指令し、加速中に位置偏差がためずに電磁石158を移動するようにしている(ステージ152の加速度に比例した力を前記電磁石に発生させる制御器を構成)。いずれにしても、モータ161には、相応の発熱があるが、熱源が局所的に集中して存在するので冷却が比較的容易であり、ステージ152やその上に載置される工作物とは距離を離して配置できるので発熱の影響が伝わりにくい。加速が終了して一定速度で走行中は、送りねじ159系は電磁石158と磁性体板157が接触しないようにナット160の位置をステージ152とほぼ同じ速度で走行させる。
【0031】
電磁石吸引力制御系は、1対の電磁石ユニットと磁性体板157との間に所望の合成推力を発生させるための制御系である。この電磁石吸引力制御系は、磁束プロファイル104を2つの電磁石制御系の一方に分配する分配器141と、サーチコイル158cの電圧を積分して磁束信号を生成する積分器142と、磁束プロファイル104と上記磁束信号との差を演算する差分器144と、差分器144の出力を増幅して電磁石158を駆動する電磁石アンプ143とから構成される。
【0032】
積分器142、電磁石アンプ143、差分器144は、一対の電磁石158の各々に設けられている。積分器142、電磁石アンプ143、差分器144、駆動コイル158b、サーチコイル158cからなる系は、電磁石158と磁性体板157の間に発生する磁束を磁束プロファイル104(磁束信号指令器)に従うように制御するものである。ここで、積分器142、電磁石アンプ143、差分器144、駆動コイル158b、サーチコイル158cからなる系を以後、磁束制御系(電磁石磁束制御器)と呼ぶ。サーチコイル158cは、駆動コイル158bと磁路を共有するように巻きまわされたコイルである。電磁石ヨーク158aと磁性体板157の間に発生する磁束が変化すると、この変化率に比例した電圧がサーチコイル158cに発生する。従って、その信号を積分すれば、電磁石ヨーク158aと磁性体板157の間に発生する磁束が検出(磁束信号検出器による検出)できる。磁束制御系は、この積分値つまり磁束相当の信号と磁束プロファイル104との差を演算器により演算し、増幅器により増幅して電磁石158を駆動するようになっているので、電磁石158と磁性体板157の間に発生する磁束は、磁束プロファイル104に従うように制御される。電磁石158と磁性体板157の間に発生する吸引力は、磁束の2乗に比例するので、磁束が制御されるということは吸引力が制御されるということになる。よって、電磁石158は、ステージ152を加速するための所望の吸引力を発生できる。
【0033】
尚、磁束制御器というのは、電磁石の発生力(ここでは吸引力)を制御するためのものである。要は電磁石の吸引力さえ制御できれば良いので、必ずしも磁束制御にこだわることもない。つまり、電磁石または被吸引部材の一部にピエゾ素子やひずみゲージを貼り付けておくと、電磁石が吸引力を発生したとき電磁石や被吸引部材が歪むので、ピエゾ素子やひずみゲージでその歪みが検出できる。このひずみは吸引力と相関のある量なので、吸引力目標をひずみ目標に換算して指令し、この指令値と前記ひずみゲージやピエゾ素子で検出されたひずみ信号との差を増幅して電磁石を制御することにより結果的に吸引力が制御されるので、ピエゾ素子やひずみゲージを用いた吸引力制御も可能である。また、本実施例では、リニアモータ170は、必ずしもなくても良い。
【0034】
このように、電磁石158の磁束が磁束プロファイル104に従うように制御すると以下の利点がある。一つは空隙が変化しても所望の加速ができることである。電磁石158の位置とステージ152の位置が理想的に同期して空隙が変化しなければ、電磁石158の電流をオープンで与えても所望の吸引力が発生し、所望の加速が達成される。しかし、電磁石158の位置とステージ152の位置の間の空隙は、電磁石158の位置制御系の誤差や電磁石158まわりの機械的変形により変動する。電磁石158の吸引力は空隙依存性が大きく、電磁石158の電流をオープンで制御したのでは吸引力が大きく変化してしまう。この結果、電磁石158とステージ152は同期しなくなる。つまり、磁束を制御する系にすることで、電磁石158の位置制御系に高精度が要求されなくなり、また電磁石158まわりの剛性も比較的弱く設計することができるようになる。
【0035】
もう一つは、磁石材質の非線形性の影響を除去できることである。電磁石158は理想的には磁束が電流に比例し、吸引力が電流の2乗に比例するものと考えられているが、実際には磁束は電流に比例せず、非線形な関係となる。従って、電流だけで磁束を制御しようとすると、電流と磁束の関係をテーブルにして補正することが必要となる。また、このテーブルは、空隙によっても変わるので、膨大なテーブルを有して電流と空隙によって補正しなければならない。磁束を検出して負帰還するようにすれば、簡単な構成で材質の非線形性を除去することができる。
【0036】
また、電磁石158は、基本的には吸引力しか発生できないので、発生したい力の方向によって1対の電磁石158のうち、どちらかを選択的に駆動することにより、発生する力の方向を制御する。これを達成するのが分配器141である。分配器141は、磁束プロファイル104をどちらの磁束制御系に入力するかを選択する。具体的には、加速プロファイル103の正負と磁束プロファイル104の正負を合わせておき、磁束プロファイル104の正負によって、その方向の力を出す側の磁束制御系に磁束プロファイル104を入力するようにする。加速プロファイル103および磁束プロファイル104が正のとき、図1の右方向にステージに対して力を与えるとすると、磁束プロファイル104の前半、つまり磁束プロファイル104が正のときは図1の向かって右側の電磁石158を含む磁束制御系に磁束プロファイル104を入力し、磁束プロファイル104の後半、つまり磁束プロファイル104が負のときは図1の向かって左側の電磁石158を含む磁束制御系に磁束プロファイル104を入力するようにする。
【0037】
また、位置プロファイル102、加速プロファイル103、磁束プロファイル104には次のような関係がある。位置プロファイル102の2階微分が加速プロファイル103である。ステージ152を加速するために、必要な吸引力と時間の関係は、吸引力プロファイル=加速プロファイル×ステージ質量となる。また、吸引力プロファイル=定数×磁束プロファイルの2乗となる。
よって、加速プロファイル×ステージ質量=定数×磁束プロファイルの2乗となるようにすれば良い。この定数は、実験的に求めても良いし、サーチコイル158cの巻数、ヨーク158aの断面積、積分時定数等を用いて理論的に求めても良い。このようにすることにより、ステージ152には、電磁石158から電磁石158と概ね同期して運動するための吸引力が作用するようになる。
【0038】
以上のように、送りねじ159系と電磁石158により、ステージ152を加速し、加速が終了したら電磁石158系は電流をゼロにして床振動を絶縁すると同時に送りネジ159系で電磁石158と磁性体板157が接触しないよう電磁石158の位置を制御する。そして、これらの動作と平行して微動リニアモータ170により、常時高精度な位置制御を行うようにすることにより、大推力と低発熱と高精度位置制御を同時に達成するようにした。
【0039】
[第2の実施形態]
図3は、第2の実施形態に係るステージシステムにおけるステージ装置の全体図であり、本発明の基本構成を半導体露光装置のウエハステージに適用した例である。ここで、図3(a)は分解図であり、図3(b)は斜視図をそれぞれ示す。
【0040】
図4は、図3のウエハ天板の要部概略図であり、図4(a)はウエハ天板の第1の分解図であり、図4(b)はウエハ天板の第2の分解図であり、図4(c)はウエハ天板の斜視図である。ウエハ天板301は、工作物であるウエハをウエハチャック302により載置し、X,Y,Z,ωx,ωy,ωzの6自由度方向に位置決めするものである。ウエハ天板301は、矩形の板状の形をしており中央に窪みが設けられ、窪み部分にウエハを載置するためのウエハチャック302が設けられている。ウエハ天板301の側面には、干渉計(不図示)のレーザを反射するためのミラー401が設けられ、ウエハ天板301の位置を計測できるようになっている。
【0041】
ウエハ天板301の下面には、8個のリニアモータ可動子が取り付けられている。各可動子(X可動子402、Y可動子403、Z可動子404)は、厚み方向に着磁された2極の磁石およびヨークを2組有し、その2組の磁石およびヨークを側板で連結して箱状の構造を形成し、後述のリニアモータ固定子を非接触で挟み込むように対面する。
【0042】
図3および図4より、上記した8個の可動子のうち、矩形状天板の辺のほぼ中央部に配置される4個の可動子は、Z可動子404を形成する。Z可動子404においては、前記2極の磁石がZ方向に沿って配列されており、後述のZ方向に直角な直線部を有するZ固定子長円コイルに流れる電流と相互作用してZ方向の推力を発生する。これをZ1〜Z4可動子と名付ける。
【0043】
残りの4個の可動子のうち、矩形状天板のほぼ隅部に配置される2個の可動子は、X可動子402を形成する。X可動子402においては、前記2極の磁石がX方向に沿って配列されており、後述のX方向に直角な直線部を有するX固定子長円コイルに流れる電流と相互作用してX方向の推力を発生する。これをX1,X2可動子と名付ける。
【0044】
残りの2個の可動子もまた矩形状天板のほぼ隅部に配置され、これはY可動子を形成する。Y可動子403においては、前記2極の磁石がY方向に沿って配列されており、後述のY方向に直角な直線部をもつY固定子長円コイルに流れる電流と相互作用してY方向の推力を発生する。これをY1,Y2可動子と名付ける。
【0045】
また、ウエハ天板302の下面の矩形のほぼ中央部には、円筒形状の磁性体支持筒408が設けられている。そして、この磁性体支持筒408の外周部には、4つの円弧状の磁性体ブロック(X円弧状磁性体ブロック406が2個、Y円弧状磁性体ブロック407が2個)が固定されている。
【0046】
そのうち、2個の円弧状磁性体ブロック406は、X方向に沿うように配置され、やはりX方向に沿うように配置された後述のE形状電磁石421と非接触で対面し、E形状電磁石421からX方向の大きな吸引力を受けられるようになっている。これをX1,X2ブロックと名付ける。
【0047】
残りの2個の円弧状磁性体ブロック407は、Y方向に沿うように配置され、やはりY方向に沿うように配置された後述のE形状電磁石421と非接触で対面し、E形状電磁石421からY方向の大きな吸引力を受けられるようになっている。これをY1,Y2ブロックと名付ける。
【0048】
円筒形状の磁性体支持筒408の中空部分には、自重補償ばね420が配置され、その上端がウエハ天板302下面の中央部と結合され、ウエハ天板302の自重を支持するようになっている。自重補償ばね420は、自重支持方向および他の5自由度方向のばね定数が極めて小さく設計されており、自重補償ばね420を介しての振動伝達がほぼ無視できるようになっている。
【0049】
X1,X2可動子402が発生する力の作用線のZ座標は概ね一致し、これらはX1,X2可動子402、Y1,Y2可動子403、Z1,Z2,Z3,Z4可動子404および磁性体支持筒408および4つの円弧状磁性体ブロック406,407を含むウエハ天板302の重心のZ座標と概ね一致するようになっている。このため、X1,X2可動子402に発生するX方向の推力によるY軸まわりの回転力がほとんどウエハ天板302に作用しないようになっている。
【0050】
Y1,Y2可動子403が発生する力の作用線のZ座標は概ね一致し、これらはX1,X2可動子402、Y1,Y2可動子403、Z1,Z2,Z3,Z4可動子404および磁性体支持筒408および4つの円弧状磁性体ブロック406,407を含むウエハ天板302の重心のZ座標と概ね一致するようになっている。このため、Y1,Y2可動子403に発生するY方向の推力によるX軸まわりの回転力がほとんどウエハ天板302に作用しないようになっている。
【0051】
X1,X2ブロック406に作用する吸引力の作用線のZ座標は概ね一致し、これらはX1,X2可動子402、Y1,Y2可動子403、Z1,Z2,Z3,Z4可動子404および磁性体支持筒408および4つの円弧状磁性体ブロック406,407を含むウエハ天板302の重心のZ座標と概ね一致するようになっている。このためX1,X2ブロック406に作用するX方向の吸引力によるY軸まわりの回転力がほとんどウエハ天板302に作用しないようになっている。
【0052】
Y1,Y2ブロック407に作用する吸引力の作用線のZ座標は概ね一致し、これらはX1,X2可動子402、Y1,Y2可動子403、Z1,Z2,Z3,Z4可動子404および磁性体支持筒408および4つの円弧状磁性体ブロック406,407を含むウエハ天板302の重心のZ座標と概ね一致するようになっている。このため、Y1,Y2ブロック407に作用するY方向の吸引力によるX軸まわりの回転力がほとんどウエハ天板302に作用しないようになっている。
【0053】
ウエハ天板302には、都合6本の光ビームが照射されウエハ天板302の6自由度の位置を計測している。X軸に平行であり、Z位置の異なる2本の干渉計ビームによりX方向の位置およびωy方向の回転量が、Y軸に平行でありX位置およびZ位置の異なる3本の干渉計ビームによりY方向の位置およびωx,ωy方向の回転量が、さらにウエハチャック301に載置されたウエハに斜めに入射する光の反射位置を計測することによりZ方向の位置が、それぞれ計測できるようになっている。実際には、これらの信号を総合的に演算してある代表点のX,Y,Z,ωx,ωy,ωz座標を算出するようになっている。
【0054】
ウエハ天板302の下方には、ウエハ天板302に推力や吸引力を作用するベースとなるXステージ303およびYステージ304が配置される。ベース定盤305上にYヨーガイド306が固定され、Yヨーガイド306の側面とベース定盤305の上面でガイドされるYステージ304がベース定盤305の上にY方向にエアスライド(不図示)により滑動自在に支持されている。Yステージ304は、主に2本のXヨーガイド306とYスライダ大、Yスライダ小の4部材から構成され、Yスライダ大はその側面及び下面に設けたエアパッド(不図示)を介してYヨーガイド306の側面及びベース定盤305上面と対面し、Yスライダ小はその下面に設けたエアパッド(不図示)を介してベース定盤305上面と対面している。この結果、Yステージ304全体としては、前述のようにYヨーガイド306の側面とベース定盤305の上面でY方向に滑動自在に支持されることになる。
【0055】
一方、Yステージ304の構成部品である2本のXヨーガイド307の側面とベース定盤305の上面とでガイドされるXステージ303がX軸まわりにYステージ304を囲むように設けられ、X方向にエアスライド(不図示)により滑動自在に支持されている。Xステージ303は、主に2枚のXステージ側板303bと、上のXステージ天板303a、下のXステージ底板303cの4部材から構成され、Xステージ底板303cはその下面に設けたエアパッド(不図示)を介してベース定盤305上面と対面し、2枚のXステージ側板303bはその側面に設けたエアパッド(不図示)を介してYステージ304の構成部材である2本のXヨーガイド307の側面と対面している。Xステージ天板303aの下面とXヨーガイド307の上面、およびXステージ底板303c上面とXヨーガイド307の下面は非接触になっている。この結果、Xステージ303全体としては、前述のように2本のXヨーガイド307の側面とベース定盤305の上面とでX方向に滑動自在に支持されることになり、結果的にXステージ303はXYの2次元に滑動自在となる。
【0056】
駆動機構は、X駆動用に1本、Y駆動用に2本の多相コイル切り替え方式の長距離リニアモータ308,309が用いられている。固定子は、ストローク方向に並べた複数個のコイルを枠に挿入した物であり、可動子は磁極ピッチが上記コイルのコイルスパンに等しい4極の磁石をヨーク板の上に並べたもので、上記コイルを挟むように対向させて形成した箱形の磁石ユニットで構成される(ローレンツ力発生機構の一部(可動子)をステージの移動方向に移動する)。可動子の位置によって固定子のコイルに選択的に電流を流すことにより推力を発生する。これらは、一般的なブラシレスDCリニアモータである。
【0057】
また、Xステージ天板303aの側面にはミラーが形成され、Xステージ303のXY方向の位置をレーザ干渉計(不図示)で精密に計測できるようになっている。つまり、ウエハ天板301とは、別にXステージ303のXY方向の位置をレーザ干渉計で精密に計測できるようになっている。
【0058】
Xステージ天板303aの上部には、ウエハ天板301を6軸方向に位置制御するための8個のリニアモータの固定子412,413,414、ウエハ天板301にXY方向の加速度を与えるための電磁石支持円筒422に支持された4個のE形電磁石421、ウエハ天板302の自重を支持するための自重支持ばね420の一端が固定されている。
【0059】
上記した各固定子412,413,414は、長円形のコイルを周辺枠で支持する構造になっており、前述のウエハ天板303aの下面に固定されたXリニアモータ308の可動子と非接触で対面するようになっている。
【0060】
8個の固定子(X固定子412、Y固定子413、Z固定子414)のうち、矩形状のXステージ天板303aの辺のほぼ中央部に配置される4個の固定子は、Z固定子414を形成する。Z固定子414においては、前記長円形コイルはその直線部がZ方向と直角になるように配置されており、前記Z可動子404のZ方向に沿って配置された2極の磁石にZ方向の推力を作用できるようになっている。このコイルをZ1〜Z4コイルと名付ける。
【0061】
残りの4個の固定子のうち2個の固定子は、矩形状のXステージ天板303aの隅部に配置され、X固定子412を形成する。X固定子412では、前記長円形コイルにおいて、その2つの直線部がX方向と直角になり、2つの直線部がX方向に沿うように配置されており、前記X可動子402のX方向に沿って配置された2極の磁石にX方向の推力を作用できるようになっている。このコイルをX1,X2コイルと名付ける。
【0062】
残りの2個の固定子もまた矩形状のXステージ天板303aの隅部に配置され、Y固定子413を形成する。Y固定子413では、前記長円形コイルにおいて、その2つの直線部がY方向と直角になり、この2つの直線部がY方向に沿うように配置され、前記Y可動子403のY方向に沿って配置された2極の磁石にY方向の推力を作用できるようになっている。このコイルをY1,Y2コイルと名付ける。
【0063】
以上、本実施形態においては、8個の可動子402,403,404および8個の固定子412,413,414等によりローレンツ力発生機構が構成される。
【0064】
また、電磁石支持円筒422は、矩形状のXステージ天板303aのほぼ中央部に配置され、該円筒422の内部には4つのE形電磁石421が設けられている。ここで、図5は、本実施形態に係る電磁石の詳細図であり、図5(a)は磁性体支持円筒および各円弧状磁性体ブロックについて、図5(b)はE形電磁石について、図5(c)は電磁石支持円筒についてをそれぞれ示す。図5より、E形電磁石421(図4)は、上方から眺めたとき、概ねE形の断面を有する磁性体ブロック(XE形電磁石(E形状ヨーク)501a,501b、YE形電磁石(E形状ヨーク)502a,502b)と駆動コイル532、サーチココイル531から構成される。駆動コイル532は、E形状の磁性体ブロック501a,501b,502a,502bと円弧状磁性体ブロック406,407に吸引力を発生させるためのコイルであり、サーチコイル531は、両磁性体ブロック406,407の間に発生する磁束変化を検出するためのものである。駆動コイル532およびサーチコイル531は、Eの字の中央の突起の周りに巻きまわされる。Eの字の3つの突起部の端面は、直線ではなく円弧になっており、前記ウエハ天板302に固定された円弧状磁性体ブロック406,407と数十ミクロン程度以上の空隙を介して非接触で対面し、両コイルに電流を流すことにより円弧状磁性体ブロック406,407に吸引力を作用するようになっている。
【0065】
E形電磁石501a,501b,502a,502bのうち、2個はX1,X2ブロック406に対面するようにX方向に沿って配置され、X1,X2ブロック406にX方向および−X方向の吸引力を与える。これをX1,X2電磁石と名付ける。
【0066】
E形電磁石501a,501b,502a,502bのうち、残りの2個はY1,Y2ブロック407に対面するようにY方向に沿って配置され、Y1,Y2ブロック407にY方向および−Y方向の吸引力を与える。これをY1,Y2電磁石と名付ける。
【0067】
E形電磁石501a,501b,502a,502bは、吸引力しか発生できないので、XY各々の駆動方向について+方向に吸引力を発生する電磁石と、−方向に吸引力を発生する電磁石とを設けているのである。
【0068】
また、円弧状磁性体ブロック406,407をZ軸まわりの円弧状とし、E形電磁石501a,501b,502a,502bのEの字の端面をZ軸まわりの円弧状にすることにより、4つの磁性体ブロック406,407と4つのE形電磁石501a,501b,502a,502bとがZ軸周りに互いに接触することなく自由に回転できるようになる。また、回転に対して空隙の変化がなく、同一電流に対して電磁石の発生する吸引力も変化しない。
【0069】
また、円弧状磁性体ブロック406,407およびE形磁性体ブロック501a,501b,502a,502bは、層間が電気的に絶縁された薄板を積層して形成されており、磁束変化に伴って円弧状磁性体ブロック406,407内に渦電流が流れることを防止しており、吸引力を高い周波数まで制御することができる。
【0070】
以上の構成により(図3および図4参照)、Xステージ303からウエハ天板301には、リニアモータにより6軸方向の推力を与えることができ、電磁石によりXY方向の大きな吸引力を与えることができる。Z,ωx,ωy,ωz方向は、長いストロークを動かす必要はないが、XY方向は長いストロークにわたって推力や吸引力を作用させる必要がある。しかし、リニアモータも電磁石もXY方向のストロークが極めて短い。一方、Xステージ303は、XY方向に長いストロークを有する。そこで、Xステージ303をXY方向に移動させながらウエハ天板301にXY方向の推力や吸引力を作用させることにより、XY方向の長きにわたってウエハ天板301にXY方向の推力や吸引力を作用させるようにしている。
【0071】
一例として、Y方向にのみ長距離移動し、他の5軸方向は現在位置に保持するような動作を行う場合の制御ブロックを図6に示す。
【0072】
6軸方向の移動目標指示器(移動目標101)と、該目標を基に時間とその時間に存在するべき位置の関係を生成する位置プロファイル生成器が6軸分(X位置指令622X、Y位置指令622Y、Z位置指令622Z、ωx位置指令622ωx、ωy位置指令622ωy、ωz位置指令622ωz)と、該目標を基に時間とその時間に発生すべき加速度の関係を生成する加速プロファイル生成器がXY2軸分(X加速指令621X、Y加速指令621Y)と、時間とその時間に発生すべき電磁石磁束の関係を生成する磁束プロファイル生成器がXY2軸分(X磁束指令623X、Y磁束指令623Y)とが設けられている。
【0073】
制御系としては、微動リニアモータでウエハ天板301の位置をフィードバック制御する微動LM位置制御(サーボ)系625と、リニアモータでXステージ303の位置をフィードバック制御する長距離LM位置制御(サーボ)系635と、電磁石の吸引力を制御する吸引力制御系631とが設けられている。
【0074】
位置プロファイル生成器622X,622Y,622Z,622ωx,622ωy,622ωzの出力は、微動LM位置制御系625および長距離LM位置制御系635に入力される。また、加速プロファイル生成器621X,621Yの出力は、DA変換器635X,635YによるDA変換後、長距離LM位置制御系635のリニアモータ電流アンプ637X,637Yにフィードフォワード信号として入力される。また、磁束プロファイル生成器623X,623Yの出力は、吸引力制御系631に入力される。
【0075】
微動LM位置サーボ系625は、上記位置プロファイル生成器622X,622Y,622Z,622ωx,622ωy,622ωzが出力するところのウエハ天板301の代表位置が現在存在するべきX,Y,Z,ωx,ωy,ωz位置と、ウエハ天板301の代表位置が実際に存在するX,Y,Z,ωx,ωy,ωz位置との偏差にPID等に代表される制御演算を制御演算器626により施し、その結果をアナログ電圧で出力する演算部(出力座標演算D/A器642)と、該アナログ出力電圧に比例する電流を各微動リニアモータ(X可動子402、X固定子412、Y可動子403、Y固定子413、Z可動子404、Z固定子414)に供給する微動電流アンプ627と、微動電流アンプ627による該電流により微動ステージに推力を付与する前記微動リニアモータと、該微動リニアモータのX,Y,θ位置を計測する干渉計628Zとから構成される。
【0076】
ウエハ天板301に入る6本の光ビームから得られる6つの測定値は、入力座標変換部643によりウエハ天板301のX,Y,Z,ωx,ωy,ωzの代表位置座標に変換される。これらの値と6軸分の位置プロファイル622X,622Y,622Z,622ωx,622ωy,622ωzとの差分が差分器641により各々計算され、6軸分の差分を基に、この差分をなくすための6軸分の発生すべき力、モーメントが計算される。この6軸分の力およびモーメントは、微動ステージの代表点の座標を所望の値にするために必要な6軸分の力およびモーメントである。実際に、これを達成するのは8個の微動リニアモータであるから、この6軸分の力およびモーメントを8個の微動リニアモータの指令に換算する必要がある。これを行うのが出力座標変換部542である。この出力座標変換部642では、D/A変換も実施している。
【0077】
大推力が必要なときは、後述の吸引力制御系631から力を得るようになっている。また、そのとき、それに起因する回転力は発生しないようになっており、微動リニアモータは目標位置とのわずかな位置偏差をとるための小さい推力を発生するだけなので、発熱が問題になるような電流が流れないようになっている。また、ソフト的またはハード的に微動リニアモータの電流を制限しており、吸引力制御系531との連動が誤動作した場合でも発熱が問題になるような電流が流れないようになっている。
【0078】
長距離LM位置制御系635は、Xステージ303のXY位置を位置プロファイル622X,622Y,622Z,622ωx,622ωy,622ωzにならうように移動させるものである。電磁石は、極めて小さい発熱で大きな吸引力を発生できる利点があるが、相手の磁性体との空隙を保たなければならない。電磁石から磁性体板、ひいてはXステージ303に所望の力を与え続けるには、Xステージ303の移動にならって電磁石を搭載した粗動ステージを移動させ、上記空隙がぶつからないようにする必要がある。そこで、位置プロファイル622X,622Y,622Z,622ωx,622ωy,622ωzを長距離LM位置制御系635に入力し、X,Yリニアモータ308,309によりXステージ303をウエハ天板301とほぼ同じ位置プロファイル622X,622Y,622Z,622ωx,622ωy,622ωzに従うよう移動させ、Xステージ303とウエハ天板301の相対位置がほぼ一定になるようにしている。このリニアモータ308,309は、加速時において電磁石ユニットの合力に相当する推力に加え、Xステージ303およびYステージ304の質量を加速するための推力を発生する。単なるFB制御では、長距離LM位置制御系635にそれ相応の位置偏差がたまらないと推力を発生してくれない。そこで、加速プロファイル生成器621X,621Yの出力を制御演算器の出力に加算してリニアモータ電流アンプ637X,637Yに入れて加速度をフィードフォワード的にX,Yリニアモータ308,309に指令し、加速中に位置偏差がためずにXステージ303を移動するようにしている。いずれにしても、X,Yリニアモータ308,309には相応の発熱があるが、熱源が局所的に集中して存在するので、冷却が比較的容易であり、ウエハ天板301やその上に載置される工作物とは距離を離して配置できるので発熱の影響が伝わりにくい。
【0079】
電磁石吸引力制御系631は、基本的に第1の実施形態のものと同じ構成作用である。1対の電磁石ユニットと磁性体板との間に所望の合成推力を発生させるための制御系である。
【0080】
磁束プロファイル623X,623Yを2つの電磁石制御系の一方に分配する分配器632X,632Yと、分配器632X,632Yからの磁束プロファイル623X,623Yをうけて各々の電磁石の磁束を制御する磁束制御系634X,634Yとから構成される。
【0081】
上記した分配器632X,632Yは、一つの分配器(例えば分配器632X)あたり2つの磁束制御系(例えば磁束制御系634XであるX1磁束制御系およびX2磁束制御系)が設けられる。ここで、図7は、本実施形態に係るステージシステムの磁束制御系を示す要部概略図である。図7より、各磁束制御系(Y1磁束制御系701およびY2磁束制御系702)は、サーチコイル532の電圧を積分して磁束信号を生成する積分器711,721と、上記磁束プロファイル623X,623Y(図6においてはY磁束指令623Yのみ図示)と上記磁束信号との差を演算する差分器713,723と、差分器713,723の出力を増幅して電磁石を駆動する電磁石アンプ712,722とから構成される。
【0082】
サーチコイル532は、駆動コイル531と磁路を共有するように巻きまわされたコイルである。電磁石ヨークと磁性体板の間に発生する磁束が変化するとこの変化率に比例した電圧がサーチコイル532に発生する。従って、その信号を積分すれば、電磁石ヨークと磁性体板の間に発生する磁束が検出できる。Y1,Y2磁束制御系701,702は、この積分値つまり磁束相当の信号と磁束プロファイル623Y(図6より)との差を増幅して電磁石を駆動するようになっているので、電磁石と磁性体板の間に発生する磁束は磁束プロファイル623Yに従うように制御される。電磁石と磁性体板の間に発生する吸引力は、磁束の2乗に比例するので、磁束が制御されるということは吸引力が制御されるということになる。よって、電磁石はステージを加速するための所望の吸引力を発生できる。磁束を制御することの利点は、第1の実施形態と同じである。
【0083】
図6より、代表位置の各座標において、位置プロファイル622X,622Y,622Z,622ωx,622ωy,622ωz、加速プロファイル621X,621Y、磁束プロファイル623X,623Yの関係は、第1の実施形態と同じである。
【0084】
以上のように、長距離リニアモータと電磁石によりウエハ天板を加速し、加速が終了したら電磁石系は電流をゼロにして床振動を絶縁すると同時に、リニアモータで電磁石と円弧状磁性体ブロックが接触しないようXステージの位置を制御する。そして、これらの動作と平行して微動リニアモータにより常時高精度な位置制御を行うようにすることにより、大推力と低発熱と高精度な6軸位置制御を同時に達成するようにした。
【0085】
また、図6では、磁束を制御するのにサーチコイル532(図7)で磁束変化を検出し、これを積分して磁束信号としたが、必ずしもこのサーチコイル532等によらなくてもよい。例えば、ホール素子やMRセンサで直接磁束を検出して積分器を省略することもできる。また、E形電磁石421とこれを取り付ける環境部材である電磁石支持円筒422(共に図4(b)参照)との間に歪ゲージを設け、上記したサーチコイルの替わりに該歪ゲージの信号から電磁石が発生している駆動力を求め、これに基づいて電磁石を制御しても良い。さらに、前記歪ゲージの替わりにピエゾ素子を設けて、該ピエゾ素子の信号から電磁石が発生している駆動力を求め、これに基づいて電磁石を制御することも可能である。
【0086】
また、図3,4では、6つの光ビームの1つにウエハ面で反射させるビームを用いる例を示したが、6つの光ビームを全てステージに設けた鏡で反射させて6軸方向の位置を計測することもできる。図8に本実施形態に係るステージシステムにおけるステージ装置の変形例を示す。図8において、図3,4と同一の符号は図3,4と同様の構成要素を示す。図8に示すように、ウエハ天板301の側面に45度鏡(略45度の斜面)を設け、上面基準鏡801を設けるようにすれば、ウエハがないときでもステージ位置を高精度に制御することができる。
電磁石の形状は、本実施形態に示したものに限定されるものではなく、一般的に知られる形状の電磁石を適用することができる。
【0087】
さらに、上記の実施例におけるステージシステムは、マスクやレチクル等の原版のパターンを半導体ウエハ等の被露光基板に露光する露光装置に備えることにより、半導体素子等のデバイスを製造することができる。
[半導体生産システムの実施例]
次に、半導体デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の生産システムの例を説明する。これは半導体製造工場に設置された製造装置のトラブル対応や定期メンテナンス、あるいはソフトウェア提供などの保守サービスを、製造工場外のコンピュータネットワークを利用して行うものである。
【0088】
図10は全体システムをある角度から切り出して表現したものである。図中、1101は半導体デバイスの製造装置を提供するベンダー(装置供給メーカー)の事業所である。製造装置の実例として、半導体製造工場で使用する各種プロセス用の半導体製造装置、例えば、前工程用機器(露光装置、レジスト処理装置、エッチング装置等のリソグラフィ装置、熱処理装置、成膜装置、平坦化装置等)や後工程用機器(組立て装置、検査装置等)を想定している。事業所1101内には、製造装置の保守データベースを提供するホスト管理システム1108、複数の操作端末コンピュータ1110、これらを結んでイントラネットを構築するローカルエリアネットワーク(LAN)1109を備える。ホスト管理システム1108は、LAN1109を事業所の外部ネットワークであるインターネット1105に接続するためのゲートウェイと、外部からのアクセスを制限するセキュリティ機能を備える。
【0089】
一方、1102〜1104は、製造装置のユーザーとしての半導体製造メーカーの製造工場である。製造工場1102〜1104は、互いに異なるメーカーに属する工場であっても良いし、同一のメーカーに属する工場(例えば、前工程用の工場、後工程用の工場等)であっても良い。各工場1102〜1104内には、夫々、複数の製造装置1106と、それらを結んでイントラネットを構築するローカルエリアネットワーク(LAN)1111と、各製造装置1106の稼動状況を監視する監視装置としてホスト管理システム1107とが設けられている。各工場1102〜1104に設けられたホスト管理システム1107は、各工場内のLAN1111を工場の外部ネットワークであるインターネット1105に接続するためのゲートウェイを備える。これにより各工場のLAN1111からインターネット1105を介してベンダー1101側のホスト管理システム1108にアクセスが可能となり、ホスト管理システム1108のセキュリティ機能によって限られたユーザーだけがアクセスが許可となっている。具体的には、インターネット1105を介して、各製造装置1106の稼動状況を示すステータス情報(例えば、トラブルが発生した製造装置の症状)を工場側からベンダー側に通知する他、その通知に対応する応答情報(例えば、トラブルに対する対処方法を指示する情報、対処用のソフトウェアやデータ)や、最新のソフトウェア、ヘルプ情報などの保守情報をベンダー側から受け取ることができる。各工場1102〜1104とベンダー1101との間のデータ通信および各工場内のLAN1111でのデータ通信には、インターネットで一般的に使用されている通信プロトコル(TCP/IP)が使用される。なお、工場外の外部ネットワークとしてインターネットを利用する代わりに、第三者からのアクセスができずにセキュリティの高い専用線ネットワーク(ISDNなど)を利用することもできる。また、ホスト管理システムはベンダーが提供するものに限らずユーザーがデータベースを構築して外部ネットワーク上に置き、ユーザーの複数の工場から該データベースへのアクセスを許可するようにしてもよい。
【0090】
さて、図11は本実施形態の全体システムを図10とは別の角度から切り出して表現した概念図である。先の例ではそれぞれが製造装置を備えた複数のユーザー工場と、該製造装置のベンダーの管理システムとを外部ネットワークで接続して、該外部ネットワークを介して各工場の生産管理や少なくとも1台の製造装置の情報をデータ通信するものであった。これに対し本例は、複数のベンダーの製造装置を備えた工場と、該複数の製造装置のそれぞれのベンダーの管理システムとを工場外の外部ネットワークで接続して、各製造装置の保守情報をデータ通信するものである。図中、1201は製造装置ユーザー(半導体デバイス製造メーカー)の製造工場であり、工場の製造ラインには各種プロセスを行う製造装置、ここでは例として露光装置1202、レジスト処理装置1203、成膜処理装置1204が導入されている。なお図7では製造工場1201は1つだけ描いているが、実際は複数の工場が同様にネットワーク化されている。工場内の各装置はLAN1206で接続されてイントラネットを構成し、ホスト管理システム1205で製造ラインの稼動管理がされている。一方、露光装置メーカー1210、レジスト処理装置メーカー1220、成膜装置メーカー1230などベンダー(装置供給メーカー)の各事業所には、それぞれ供給した機器の遠隔保守を行なうためのホスト管理システム1211,1221,1231を備え、これらは上述したように保守データベースと外部ネットワークのゲートウェイを備える。ユーザーの製造工場内の各装置を管理するホスト管理システム205と、各装置のベンダーの管理システム1211,1221,1231とは、外部ネットワーク1200であるインターネットもしくは専用線ネットワークによって接続されている。このシステムにおいて、製造ラインの一連の製造機器の中のどれかにトラブルが起きると、製造ラインの稼動が休止してしまうが、トラブルが起きた機器のベンダーからインターネット1200を介した遠隔保守を受けることで迅速な対応が可能で、製造ラインの休止を最小限に抑えることができる。
【0091】
半導体製造工場に設置された各製造装置はそれぞれ、ディスプレイと、ネットワークインターフェースと、記憶装置にストアされたネットワークアクセス用ソフトウェアならびに装置動作用のソフトウェアを実行するコンピュータを備える。記憶装置としては内蔵メモリやハードディスク、あるいはネットワークファイルサーバーなどである。上記ネットワークアクセス用ソフトウェアは、専用又は汎用のウェブブラウザを含み、例えば図12に一例を示す様な画面のユーザーインターフェースをディスプレイ上に提供する。各工場で製造装置を管理するオペレータは、画面を参照しながら、製造装置の機種(1401)、シリアルナンバー(1402)、トラブルの件名(1403)、発生日(1404)、緊急度(1405)、症状(1406)、対処法(1407)、経過(1408)等の情報を画面上の入力項目に入力する。入力された情報はインターネットを介して保守データベースに送信され、その結果の適切な保守情報が保守データベースから返信されディスプレイ上に提示される。またウェブブラウザが提供するユーザーインターフェースはさらに図示のごとくハイパーリンク機能(1410〜1412)を実現し、オペレータは各項目の更に詳細な情報にアクセスしたり、ベンダーが提供するソフトウェアライブラリから製造装置に使用する最新バージョンのソフトウェアを引出したり、工場のオペレータの参考に供する操作ガイド(ヘルプ情報)を引出したりすることができる。ここで、保守データベースが提供する保守情報には、上記説明した本発明の特徴に関する情報も含まれ、またソフトウェアライブラリは本発明の特徴を実現するための最新のソフトウェアも提供する。
【0092】
次に上記説明した生産システムを利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図13は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す。ステップ1(回路設計)では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ2(マスク製作)では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ4(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ5(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステップ4によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封入)等の組立て工程を含む。ステップ6(検査)ではステップ5で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷(ステップ7)する。前工程と後工程はそれぞれ専用の別の工場で行い、これらの工場毎に上記説明した遠隔保守システムによって保守がなされる。また前工程工場と後工程工場との間でも、インターネットまたは専用線ネットワークを介して生産管理や装置保守のための情報がデータ通信される。
【0093】
図14は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸化させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ13(電極形成)ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ16(露光)では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ17(現像)では露光したウエハを現像する。ステップ18(エッチング)では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ19(レジスト剥離)ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。各工程で使用する製造機器は上記説明した遠隔保守システムによって保守がなされているので、トラブルを未然に防ぐと共に、もしトラブルが発生しても迅速な復旧が可能で、従来に比べて半導体デバイスの生産性を向上させることができる。
【0094】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のステージシステムによれば、熱源が局所的に集中して存在するので冷却が容易であり、ステージやその上に載置される工作物とは距離を離して配置できること等によって発熱の問題を解消し、さらに非線形性の除去等による高速化を達成できる。つまり、高精度と高速、換言すると低発熱と高速が両立する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態に係るステージシステムの要部概略図である。
【図2】 図1における位置プロファイル、加速プロファイル、磁束プロファイルの関係を示す図である。
【図3】 第2の実施形態に係るステージシステムにおけるステージ装置の全体図である。
(a)分解図を表す。
(b)斜視図を表す。
【図4】 図3のウエハ天板の要部概略図である。
(a)ウエハ天板の第1の分解図を表す。
(b)ウエハ天板の第2の分解図を表す。
(c)ウエハ天板の斜視図を表す。
【図5】 第2の実施形態に係る電磁石の詳細図である。
(a)磁性体支持円筒および各円弧状磁性体ブロックを表す。
(b)E形電磁石を表す。
(c)電磁石支持円筒を表す。
【図6】 第2の実施形態に係るY方向にのみ長距離移動し、他の5軸方向は現在位置に保持するような動作を行う場合の制御ブロック図である。
【図7】 第2の実施形態に係るステージシステムの磁束制御系を示す要部概略図である。
【図8】 第2の実施形態に係るステージシステムにおけるステージ装置の変形例を示す図である。
【図9】 従来例に係るステージ装置の要部概略図である。
【図10】 半導体デバイスの生産システムをある角度から見た概念図である。
【図11】 半導体デバイスの生産システムを別の角度から見た概念図である。
【図12】 ユーザーインターフェースの具体例である。
【図13】 デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。
【図14】 ウエハプロセスを説明する図である。
【符号の説明】
101:移動目標、102:位置プロファイル、103:加速プロファイル、104:磁束プロファイル、121,133,636X,636Y:制御演算器(D/A)、122:微動電流アンプ、131:モータ電流アンプ、132:ENC、141,632X,632Y:分配器、142,711,721:積分器、143:電磁石アンプ、144,641,711,721:差分器、151:ガイド、152:ステージ、153:リニアモータ可動子、154:リニアモータ固定子、155:反射ミラー、156:干渉計、157:磁性体板、158:電磁石、158a:サーチコイル、158b:ヨーク、158c:駆動コイル、159:送りねじ、160:ナット、161モータ、162:軸受け、170,901:リニアモータ、301:ウエハ天板、302:ウエハチャック、303a:Xステージ天板、303b:Xステージ側板、303c:Xステージ底板、303:Xステージ、304:Yステージ、305:ベース定盤、306:Yヨーガイド、307:Xヨーガイド、308:X長距離リニアモータ、309:Y長距離リニアモータ、310:干渉計、410:ミラー、402:X可動子、403:Y可動子、404:Z可動子、406:X円弧状磁性体、407:Y円弧状磁性体、408:磁性体支持筒、412:X固定子、413:Y固定子、414:Z固定子、420:自重補償ばね、421:E形電磁石、422:電磁石支持円筒、500:E形断面磁性体ブロック、501a,501b:XE形電磁石、502a,502b:YE形電磁石、531:サーチコイル、532:駆動コイル、621X:X加速指令、621Y:Y加速指令、622X:X位置指令、622Y:Y位置指令、622Z:Z位置指令、622ωx:ωx位置指令、622ωy:ωy位置指令、622ωz:ωz位置指令、623X:X磁束指令、623Y:Y磁束指令、625:微動LM位置サーボ系、626:制御演算器、627:X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2,Z3,Z4:微動電流アンプ、628Z:干渉計、631:吸引力制御系、634X,634Y:磁束制御系、635:長距離LM位置サーボ系、635X,635Y:DA変換器、637X,637Y:X,Yリニアモータ電流アンプ、642:出力座標変換器(D/A)、643:入力座標変換器、701:Y1磁束制御系、702:Y2磁束制御系、712,722:電磁石アンプ、801:上面基準鏡、902:工作物、903:ガイド、904:ステージ、905:リニアモータ可動子、905a,905b:4極の磁石、906:リニアモータ固定子、906a:コイル、906b:固定子枠。
Claims (9)
- 移動自在なステージと、
前記ステージに対して電磁石により該電磁石の発生する磁束の方向に力を与える機構と、
前記電磁石を前記ステージの移動方向へ移動する電磁石移動機構と、
時間と前記電磁石移動機構がその時間に発生すべき加速度との関係である加速度プロファイルを生成する加速度プロファイル生成器と、
時間と前記電磁石がその時間に発生すべき磁束との関係である磁束プロファイルを生成する磁束プロファイル生成器と、
前記加速プロファイル生成器の出力にもとづいて前記電磁石移動機構を制御する電磁石移動機構制御器と、
前記電磁石が発生する磁束の信号を検出する磁束信号検出器を含み、前記磁束信号検出手段の出力と前記磁束プロファイル生成手段の出力にもとづいて前記電磁石の磁束を制御する電磁石磁束制御器とを備え、
前記磁束プロファイルの磁束の2乗が、前記加速度プロファイルの加速度に比例するように前記磁束プロファイルは生成されることを特徴とするステージシステム。 - 電磁石磁束制御器は、前記電磁石の磁束変化をサーチコイルで検出し、該サーチコイルの電圧を積分して磁束信号を検出することを特徴とする請求項1に記載のステージシステム。
- 電磁石磁束制御器は、ホール素子により前記電磁石の磁束信号を検出することを特徴とする請求項1に記載のステージシステム。
- 電磁石磁束制御器は、磁気抵抗素子により前記電磁石の磁束信号を検出することを特徴とする請求項1に記載のステージシステム。
- 前記電磁石磁束制御器は、前記磁束信号検出手段の出力と前記磁束プロファイル生成手段の出力の差分を演算器により演算し、演算結果を増幅器により増幅して前記電磁石を駆動することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のステージシステム。
- 工作物が載置され、リニアモータ可動子と磁性体部とを具備する天板と、
前記リニアモータ可動子と協働して力を発生するリニアモータ固定子と、前記磁性体板と協働して力を発生する電磁石とを具備するステージと、
前記ステージを駆動するための駆動手段と、
時間と前記天板がその時間に存在するべき位置との関係である位置プロファイルを生成する位置プロファイル生成器と、
時間と前記駆動手段がその時間に発生すべき加速度との関係である加速度プロファイルを生成する加速度プロファイル生成器と、
時間と前記電磁石がその時間に発生すべき磁束との関係である磁束プロファイルを生成する磁束プロファイル生成器と、
前記天板の位置を計測する天板位置計測手段と、
前記ステージの位置を計測するステージ位置計測手段と、
前記電磁石が発生する磁束の信号を検出する磁束信号検出器と、
前記天板位置計測手段の出力と前記位置プロファイル生成器の出力にもとづいて前記天板の位置を制御する天板位置制御器と、
前記位置プロファイル生成の出力と、器前記位置計測手段の出力と、前記加速度プロファイル生成器の出力とにもとづいて前記ステージの位置を制御するステージ位置制御器と、
前記磁束信号検出器の出力と前記磁束プロファイル生成器の出力にもとづいて前記電磁石の磁束を制御する電磁石磁束制御器と、を備え、
前記磁束プロファイルの磁束の2乗が、前記加速度プロファイルの加速度に比例するように前記磁束プロファイルは生成されることを特徴とするステージシステム。 - 前記位置プロファイル生成器と、前記加速度プロファイル生成器と、
前記磁束プロファイル生成器は、同一の移動目標にもとづいて各プロファイルを生成することを特徴とする請求項6に記載のステージシステム。 - 前記ステージ位置制御器において、前記加速度プロファイル生成器の出力をフィードフォワード信号として入力されることを特徴とする請求項6または7に記載のステージシステム。
- 原版のパターンを基板に露光する露光装置において、
請求項1〜8のいずれか1項に記載のステージシステムを備えることを特徴とする露光装置。
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