JP4323759B2 - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、支持装置、支持方法およびこれを用いたステージ装置、露光装置に関し、半導体露光装置のウエハ位置決めステージ装置等の微動ステージの自重補償、特に、リニアモータで６軸が直接位置決め制御される微動ステージの自重補償に適するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、半導体露光装置において、リニアモータで６軸（６自由度）が直接位置決め制御される微動ステージを搭載したウエハステージ装置の詳細を示し、（ａ）は一部を分解した状態、（ｂ）は組み立てた状態のともに斜視図である。
【０００３】
このウエハステージ装置は、ベース定盤１上にＹヨーガイド２が固定され、Ｙヨーガイド２の側面とベース定盤１の上面でガイドされるＹステージ３が、ベース定盤１の上にＹ方向に不図示のエアスライドにより、滑動自在に支持されている。Ｙステージ３は、主に２本のＸヨーガイド４と、その前端部材５及び奥端部材６の四つの部材から構成され、奥端部材６は、その側面及び下面に設けた不図示のエアパッドを介してＹヨーガイド２の側面及びベース定盤１の上面と対面し、前端部材５は、その側面に設けた不図示のエアパッドを介してベース定盤１の上面と対面している。この結果、Ｙステージ３全体としては、前述のように、Ｙヨーガイド２の側面とベース定盤１の上面でＹ方向に滑動自在に支持されることになる。
【０００４】
一方、Ｙステージ３の構成部品である２本のＸヨーガイド４の側面とベース定盤１の上面とでガイドされるＸステージ７は、Ｘ軸まわりにＹステージ３の部分を囲むように設けられ、不図示のエアスライドにより、Ｘ方向に滑動自在に支持されている。Ｘステージ７は、主に２枚のＸステージ側板８と、上板９及び下板１０の四つの部材から構成され、下板１０は、その下面に設けた不図示のエアパッドを介してベース定盤１の上面と対面し、２枚のＸステージ側板８は、その側面に設けた不図示のエアパッドを介してＹステージ３の構成部材である２本のＸヨーガイド４の側面と対面している。上板９の下面とＸヨーガイド４の上面、及び下板１０の上面とＸヨーガイド４の下面は、非接触になっている。この結果、Ｘステージ７全体としては、前述のように、２本のＸヨーガイド４の側面とベース定盤１の上面でＸ方向に滑動自在に支持されることになる。図７において、１３は前側取り付け板、１４は奥側取り付け板である。
【０００５】
駆動機構は、Ｘ駆動用として１本、Ｙ駆動用として２本の多相コイル切り替え方式のリニアモータが用いられている。図１０はその詳細を示す図であって、（ａ）が平面図、（ｂ）が縦断面図、（ｃ）が側面図、（ｄ）が下ヨーク周辺の平面図である。固定子は、ストローク方向に長いコイルホルダ１５に並べた複数個のコイル１６を枠に挿入したものである。可動子は、２枚の側板１９で結合された上ヨーク１７ａ及び下ヨーク１７ｂの内面にそれぞれ対応する可動磁石１８ａ，１８ｂを配設した箱形の磁石ユニットで構成される。そして、このリニアモータは、可動子の位置によって固定子のコイル１６に選択的に電流を流すことにより推力を発生する。
【０００６】
図８は微動ステージの詳細を示す分解斜視図である。
微動ステージは、Ｘステージ７の上板９の上にあって、位置決めの対象物であるウエハをＺチルト及びθ方向に位置決めするものである。三つのＺ微動リニアモータＺＬＭ（ＺＬＭａが可動子、ＺＬＭｂが固定子）と、二つずつ設けられたＸ微動リニアモータＸＬＭ（ＸＬＭａが可動子、ＸＬＭｂが固定子）及びＹ微動リニアモータＹＬＭ（ＹＬＭａが可動子、ＹＬＭｂが固定子）で天板１１をＸＹθ方向及びＺチルト方向に駆動して位置決めするようになっている。
【０００７】
微動リニアモータを図１１に示す。
Ｚ微動リニアモータＺＬＭは、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｚ微動リニアモータ可動子ＺＬＭａとＺ微動リニアモータ固定子ＺＬＭｂからなる。Ｚ微動リニアモータ固定子ＺＬＭｂは水平線に平行な長辺をもつ扁平コイル２１Ｚと扁平コイル２１Ｚを保持するコイルホルダ２２Ｚからなり、コイルホルダ２２Ｚは中間板１２に固定される。
【０００８】
Ｚ微動リニアモータ可動子ＺＬＭａは、コイル２１Ｚの長辺部に空隙を介して対面する四つの磁石２３Ｚと、その磁石２３Ｚの磁束を循環させる二つのヨーク２４Ｚと二つのヨーク２４Ｚを相互に結合する二つの側板２５Ｚとから構成される。Ｚ微動リニアモータ可動子ＺＬＭａは天板１１に固定される。Ｚ微動リニアモータＺＬＭは、扁平コイル２１Ｚに電流を流すと、扁平コイル２１Ｚと磁石ヨーク一体ものとの間にはＺ方向の力が作用するようになっている。
【０００９】
Ｙ微動リニアモータＹＬＭは、図１１（ｃ）及び（ｄ）に示すように、Ｙ微動リニアモータ可動子ＹＬＭａとＹ微動リニアモータ固定子ＹＬＭｂからなる。Ｙ微動リニアモータ固定子ＹＬＭｂは、鉛直線に平行な長辺をもつ扁平コイル２１Ｙと、扁平コイル２１Ｙを保持するコイルホルダ２２Ｙからなり、コイルホルダ２２Ｙは中間板１２に固定される。
【００１０】
Ｙ微動リニアモータ可動子ＹＬＭａは、Ｙコイル２１Ｙの長辺部に空隙を介して対面する四つの磁石２３Ｙと、その磁石２３Ｙの磁束を循環させる二つのヨーク２４Ｙと、二つのヨーク２４Ｙを相互に結合する二つの側板２５Ｙとから構成される。Ｙ微動リニアモータ可動子ＹＬＭａは天板１１に固定される。Ｙ微動リニアモータＹＬＭは、扁平コイル２１Ｙに電流を流すと、扁平コイル２１Ｙと磁石ヨーク一体ものとの間にはＹ方向の力が作用するように、扁平コイル２１Ｙの扁平面の法線がＸ軸方向を向くように可動子ＹＬＭａと固定子ＹＬＭｂが配置される。
【００１１】
Ｘ微動リニアモータＸＬＭは、図１１（ｅ）及び（ｆ）に示すように、Ｙ微動リニアモータＹＬＭと全く同じものであって、取り付けられる方向が異なるだけである。扁平コイル２１Ｘに電流を流すと扁平コイル２１Ｘと磁石ヨーク一体ものとの間にはＸ方向の力が作用するように、扁平コイル２１Ｘの扁平面の法線がＹ軸方向を向くように、可動子ＸＬＭａと固定子ＸＬＭｂが配置される。
【００１２】
ウエハ天板１１の側面には不図示のスコヤミラーが形成され、ウエハ天板１１の６軸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。
【００１３】
以上の構成により、まず、ウエハを不図示の搬送系により天板１１上に載置し、その後、天板１１を不図示の制御系により、Ｘ粗動リニアモータＸ１、二つのＹ粗動リニアモータＹ１，Ｙ２、三つのＺ微動リニアモータＺＬＭ、及び微動θの各コイルに適切な電流制御を施して、ＸＹＺθチルト方向に精密に位置決めし、不図示の露光手段により露光することにより、不図示の原版のパターンをウエハ上に逐次的に露光転写する。
【００１４】
図９にウエハ載置の動作を示す。図９（ａ）及び（ｂ）は露光時の微動ステージの位置である。（ａ）はＸ軸方向から見た図、（ｂ）はＹ軸方向から見た図である。図９（ｃ）及び（ｄ）はウエハ載置時の微動ステージの位置を示す図である。同様に図９（ｃ）はＸ軸方向から、（ｄ）はＹ軸方向から見た図である。
【００１５】
図から分かるように、ウエハ載置時は、微動天板１１がＺ下方向に退避する。すると、中間板１２に固定された対象物（この場合ウエハ）仮置き部材２７の上端が相対的に微動天板１１より上に出る。このとき、不図示の搬送系はウエハを対象物仮置き部材２７上に載置して去る。その後、再び微動天板１１がＺ上方に移動し、仮置き部材２７上から微動天板１１上にウエハを載置し直す。
【００１６】
以上のリニアモータはいわゆるローレンツ力を用いたものである。このリニアモータの制御特性の良さ、ローレンツ力の特徴である振動絶縁性と制御対象である微動天板に直接力が作用する６軸制御微動ステージの構成により、エアや機構を介して位置を制御するタイプの微動ステージに比べて飛躍的に位置決め精度が向上している。
【００１７】
しかし、一方このタイプのリニアモータは電流を流したときの発熱が大きいという問題がある。従って天板の位置を高精度に制御するだけなら、電流は実質的にゼロに近いので発熱は問題にならないが、リニアモータで天板の自重を支持すると、連続的に大きな電流が流れて大きな発熱となるので、天板の自重支持には何らかの別の自重支持手段を用いていた。
【００１８】
具体的には従来は、天板の自重支持手段としてコイルばね２８を用いていた。コイルばね２８は、ローレンツ６軸微動ステージの振動絶縁性を阻害しないように、できるだけばね定数の小さい設計が望ましい。
【００１９】
また、上述のウエハを仮置き部材２７上に受け渡す動作における微動天板の移動距離×ばね定数だけの力をリニアモータが発生しなければならない。発熱はばね定数の二乗に比例して増える。この点からもばね定数は小さい設計が望ましい。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のコイルばね方式の自重支持には以下の欠点がある。
一つはばね定数を小さくしたときの負荷荷重の問題である。ばね定数を小さくすればするほど同一荷重に対してばねのたわみ量は増加する。たわみが大きいと天板は中間板に着地してしまう。天板が着地しないようにするには、ばね定数をある程度大きくせざるを得ず、この結果、ベース定盤からの振動を微動天板に伝達してしまったり、ウエハ載置時の発熱が大きくなったりする。
もう一つは、ばね定数を小さくしたときのばね自身の振動の問題である。
【００２１】
本発明は、ばね定数が小さいことと支持荷重が大きいことを両立させ、微動リニアモータ等が故障したときにも、安全な動作をする支持装置を有する露光装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、基板が載置される天板をステージ上に支持する支持装置と、前記天板を前記ステージに対して駆動するリニアモータとを備える露光装置において、前記支持装置は、前記天板または前記ステージのいずれか一方に配置された第１磁石と、他方に設けられ前記第１磁石と同極が対面するように配置された１対の第２磁石を有し、前記第１磁石を前記１対の第２磁石間に挿入したときに発生する対面方向に直交する方向の反発力を浮上力に用いて前記天板を支持する支持ユニットを備え、前記基板を露光するときの前記天板の高さを第１の高さとし、前記基板を受け渡しするときの前記天板の高さを第２の高さとした場合に、前記支持ユニットは、前記反発力と前記天板の浮上方向変位の関係を表す特性曲線において、前記第１の高さでの接線の傾きが負となり、前記第２の高さでの接線の傾きが正となるように、構成されることを特徴とする。
【００２３】
本発明では、浮上力と浮上方向変位の関係を表す特性曲線上において、前記物体を浮上方向に第１の高さにした場合での接線の傾きが負であって、かつ前記物体を前記第１の高さよりも低い第２の高さにした場合に浮上力＜物体の自重の条件が成立することが望ましく、前記物体上に所定の処理がなされる被処理物が搭載可能であり、前記第１の高さは前記物体上にて被処理物に所定の処理がなされる位置における設定高さであり、前記第２の高さは前記物体上の被処理物が受け渡される位置における設定高さであることが望ましく、前記支持ユニットには反発可動子と反発固定子とを備え、前記物体側の前記反発可動子は前記第１磁石のみ、前記反発固定子は前記第２磁石の裏にヨークを設けることが望ましく、支持方向をＺ、同極が対面する面の法線方向をＹ、ＺＹに直角な方向をＸとするとき、前記第１磁石のＸ寸法＜前記第２磁石のＸ寸法の条件が成立することが望ましく、支持ユニットを複数備えてもよく、上記複数の支持ユニット間で装置に対する着磁方向の配置が異なっていてもよく、前記支持ユニットの磁石は、板状材からなり、板厚方向に着磁されていることが好ましい。
【００２４】
また、本発明は、位置決めの対象物が載置された天板を駆動系で６軸制御する手段をもち、前記いずれかの支持装置を備えるステージ装置であってもよく、前記駆動系はリニアモータでよく、前記ステージ装置を有する露光装置にも適用可能である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（第一の実施形態）
図１は本発明の第一の実施形態に係る支持装置を示す斜視図、図２は図１の要部の詳細を示す斜視図である。
【００３０】
この支持装置では、支持機構以外の構成と、支持機構に求められることは、従来例と同じである。従って、図７及び図８で説明した部材や要素と同一の部材や要素には同一の符号を付けて示し、それらについては重複説明を省略する。
【００３１】
この実施形態に係る支持装置は、図２（ａ）の６軸微動ステージの詳細図の中央部に反発可動子３１と、反発固定子３２とからなる図２（ｂ）に示す支持ユニットＳＵを備える反発支持機構が設けられている。
【００３２】
図２（ａ）は支持機構の詳細を示す斜視図、図２（ｂ）及び（ｃ）は支持ユニットの詳細を示す斜視図である。反発可動子３１は反発可動磁石３３と反発可動磁石ホルダ３４からなる。反発可動磁石３３は、板状の単極永久磁石であって、板厚方向に着磁されている。図では着磁方向は、Ｙ軸に平行な小矢印で示す方向であり、図において手前がＮ極、奥がＳ極である。
【００３３】
反発固定子３２は、前側ヨーク３６、後側ヨーク３７、２個の横ヨーク３８、及び２枚の反発固定磁石３９からなる。前側ヨーク３６と後側ヨーク３７には、１枚ずつ反発固定磁石３９が接着されている。これらの反発固定磁石３９も板状の単極永久磁石であって、板厚方向、即ちこの図では、Ｙ軸に平行な小矢印で示す方向に着磁されている。ただし、２枚とも極の方向は反発可動磁石３３と逆になっている。つまり図の手前側がＳ極、奥側がＮ極となっている。前側ヨーク３６、後側ヨーク３７、及び横ヨーク３８は、反発固定磁石３９の磁束を循環させるためのものであって、鉄等の軟磁性体が用いられる。前側ヨーク３６の裏面についている反発固定磁石３９の奥側つまりＮ極から出た磁束は、後側ヨーク３７の表面についている反発固定磁石３９の手前側つまりＳ極に入り、その反発固定磁石３９の奥側つまりＮ極から出た磁束は、後側ヨーク３７に入り、左右（この場合Ｘ軸のプラス方向とマイナス方向）に分かれて２枚の横ヨーク３８に入り、２枚の横ヨーク３８中をＹ軸のプラス方向に流れて前側ヨーク３６に入り、前側ヨーク３６中でヨーク中央に向かうように流れて前側ヨーク３６の裏面の反発固定磁石３９のＮ極に達する。つまり、この支持ユニットＳＵは、支持方向を法線とする面内で循環するような磁路を形成している。このような磁路を形成して反発固定子３２単体で存在するときの磁束を増やすようにすることで、ヨーク部材を非磁性で構成した場合に比べて反発可動磁石３３が対面したときの反発力を増やすことが出来る。
【００３４】
ここで支持装置として従来例のようなばねを用いた場合、ばね自体のもつ質量とばねのばね定数とによる共振も問題となる。天板質量とばねのばね定数で決まる固有振動数は、上記天板を支持するという制約のもとで極力小さくしたとする。しかし、ばね自身の質量とばねのばね定数によって決まる、固有振動数あるいは共振周波数は、数１０Ｈｚあたりから複数個存在し、ベース定盤から伝わる振動のうち、その周波数に合った振動を自分自身の共振で増幅させてしまう。この結果、微動天板に外乱が入り、位置精度が劣化する。
本実施形態のように、磁石同士の反発で浮上力を発生させる支持ユニットＳＵの構成では、従来例のようなばね自身の質量に相当するものがなく、ばね自身の共振の問題は存在しなくなる。
【００３５】
また、２枚の反発固定磁石３９間の距離は反発可動磁石３３の板厚より大きく設定されていて、反発可動磁石３３が２枚の反発固定磁石３９の間に、非接触で挿入可能になっている。また、反発可動磁石３３は、２枚の反発固定磁石３９の丁度中央の位置に挿入されるように設定されている。この構成において、反発可動子３１が反発固定子３２に挿入されると、両者は同じ極同士が対面するので、反発固定磁石３９と反発可動磁石３３の間に、Ｚ上向きの反発力が働く。反発可動磁石３３のＮ極側と、Ｓ極側各々で、Ｙ方向にも反発力が働くが、その反発力は、反発可動磁石３３と２枚の反発固定磁石３９がＹ方向に関して対称な配置になっているため相殺される。
【００３６】
このときの反発可動子３１の位置と反発力の関係を図４に示す。これは天板１１の質量を２２ｋｇと想定したときの設計例であり、横軸はＺ軸に平行な方向で反発可動子３１がＺ上方に向かう方向がプラスにとられている。単位はｍｍである。縦軸は反発力であって、単位はｋｇｆである。
【００３７】
露光位置つまり天板１１の自重と反発力が釣り合った状態が０の位置として記載されている。ウエハ交換のための受け渡しストロークは、一般に８ｍｍ程度必要であり、図４では−８ｍｍつまり露光位置より反発可動磁石３３ひいては天板１１が８ｍｍＺ方向に下がった位置を受け渡し位置として記載している。
【００３８】
図４では力の方向と変位の方向が同じ方向にとってあるので、線図の接線の傾きがマイナスならばね特性つまり安定系であることを示し、接線の傾きがプラスなら逆ばね特性つまり不安定であることを示す。図４では−４ｍｍの位置で接線の傾きがほぼゼロ、−４ｍｍよりプラスつまりＺ上方の位置では接線の傾きはマイナス、−４ｍｍよりマイナスつまりＺ下方の位置では接線の傾きはプラスである。接線の傾きは横軸に対して単調増加である。
【００３９】
従来例で説明したように、支持機構においてばね定数を小さくしたい理由は二つあって、一つは下からの振動の絶縁、もう一つは受け渡しストローク動いたときの浮上力の変動つまり受け渡し状態で微動リニアモータＬＭが発生すべき力を小さくしたいことである。
【００４０】
第一の振動絶縁の観点からいくと、露光位置は−４ｍｍ位置にするのが適している。しかし、受け渡し時の発熱、さらに微動リニアモータが故障したときの安全性を考慮して、露光位置は、意識的に−４ｍｍ位置よりプラスの０ｍｍの位置に設定している。
【００４１】
まず、露光位置で微動リニアモータＬＭが故障したとき、微動天板１１がその位置に保持されるためには、その位置で安定なばね系になっている必要がある。これを満たすには、露光位置は、単に−４ｍｍ位置よりプラス側に設定すればよい。どれだけプラスにするかは反発特性や天板１１の質量の設計値からのずれを見込んで、できるだけ−４ｍｍに近い値にすればよい。
【００４２】
次に、受け渡し位置で微動リニアモータが故障したときに、天板１１が必ず下に移動するようにされている。
この効果を詳述するために、再度前述の従来例を受け渡し時におけるフェールセーフの問題の点から説明する。
再度図９を参照する。図９（ａ）及び（ｂ）に示す状態は、露光状態であるが、このとき、コイルばね２８の発生するばね力と天板１１の自重とは釣り合っている。また、ばね２８は、それ自体安定系であるので、その状態からずれても復元力が働き、その状態を保持しようとする。よって、この位置で微動リニアモータＸＬＭ，ＹＬＭ，ＺＬＭが故障しても、天板１１はほぼ露光位置を保持しており、落下したり上昇したりすることはない。一方、図９（ｃ）及び（ｄ）に示す状態は、受け渡し状態であるが、このとき、コイルばね２８の発生する力＞天板自重である。ばねがたわんだ分だけコイルばね２８は天板１１の自重より大きな力を発生している。この不釣り合い分は微動リニアモータがふんばることで全体として釣り合いが保たれている。この状態で、微動リニアモータが故障したとすると、天板１１は上方向に加速されて上昇する。微動リニアモータのふんばりがなくなることで、トータル上向きの力が作用するからである。ところがこのときは、上に搬送系がいる確率が高く、天板と搬送系が衝突して、天板と搬送系のどちらか、あるいは両方が損傷を受けてしまうという問題がある。受け渡し位置でリニアモータが故障したときは天板はその場で止まっているか、または下に落ちてほしいのである。下に落ちた場合はわずかな距離を置いて、減衰器付きストッパを待機させておけば、ストッパで減衰されて天板は損傷を被らない。
【００４３】
このためには、受け渡し位置において、浮上力＜天板１１（物体）の自重、となるようにする必要がある。図４の例では、受け渡し位置において浮上力＝２０．５ｋｇｆであり天板１１の自重より１．５ｋｇｆ小さい。この分の浮上力は微動リニアモータが発生させている。ここで、微動リニアモータが故障すると、１．５ｋｇｆだけ下方向に力がかかるので、天板１１は下方に移動する。この差の１．５ｋｇｆは小さいほど微動リニアモータの発生させる力、ひいては発熱が減る。ゼロになるのがいいのだが、浮上力と天板１１の自重の大小関係だけは保証しておく必要があるので、これも微動天板１１の質量や反発特性の設計値からのずれを見込んで、浮上力と天板１１の自重の大小関係が保証される限りにおいて、できるだけその差を小さくする設計にするのがよい。
【００４４】
また、浮上力を大きくしたり小さくしたりすることつまり図４の特性自体を上にシフトしたり下にシフトしたりするには、支持装置の図２におけるＸ方向の寸法を変えればいいことが分かっている。反発可動磁石３３と、反発固定磁石３９の図２におけるＸ方向寸法を全て２倍にすれば浮上力は約２倍に、全てを半分にすれば浮上力は約半分になる。さらにいうと、図４の特性自体がほぼＸ方向寸法に比例する。重要なのは反発可動磁石３３のＸ方向寸法であり、反発固定磁石３９及びヨーク３６，３７のＸ方向寸法が反発可動磁石３３のＸ方向寸法より大きく設計されていれば、浮上力は反発可動磁石３３のＸ方向寸法にほぼ比例する。
【００４５】
以上の事情に鑑みて受け渡し時のリニアモータの発生力を低減する変更を考えてみる。図２における反発可動磁石３３と、反発固定磁石３９のＸ方向の寸法をもう少し増やすと、図４の曲線は反発固定磁石３９のＸ方向の寸法に比例して少し上にシフトする。シフトというのは当然平行移動ではなく各位置において比例的に力が変わるという意味である。これは図４の点線で示す。そのとき、露光位置つまり天板１１の自重と浮上力が釣り合う位置は０より少しプラス側になる。一方、受け渡しストローク８ｍｍは固定なので、受け渡し位置も少しプラス側に移動する。この結果、図４に示すように、微動リニアモータが受け渡し位置で発生させる力は変更前に比べて小さくなる。ただし、このとき、露光位置は変更前に比べてプラス側に移動しており、特性曲線の接線の傾きが横軸に対して単調増加なので、ばね定数は変更前に比べて増加する。つまりこの変更により受け渡し時の発熱は減るが振動絶縁性は低下する。この二つは方向として両立しない。しかし、図４から分かるように露光位置がシフトすることによるばね定数の変化は非常に小さく、即ち振動絶縁特性もほとんど変わらないので、この点は実質的に問題ないと見なして良い。
【００４６】
本実施形態の特徴は、まとめると次のとおりである。
１）露光位置はＺ方向位置−浮上力特性曲線の接線の傾きがゼロからマイナスの位置にされている。振動絶縁の点からはゼロの位置、更にウエハ受け渡し時に天板を下げるためのリニアモータの発熱やリニアモータの故障時の支障を中心に考えればマイナスの位置が望ましい。
２）受け渡し位置は、浮上力＜天板自重が、保証されている。かつ設計値と実際の誤差を見込んで、できるだけ浮上力と天板１１の自重の差がないように設定されている。すなわち受け渡し位置のＺ方向位置−浮上力特性の接線の傾きがプラスの位置にされている。
【００４７】
図４の変更前の露光位置における天板１１の固有振動数は、ばね定数が約４ｋｇｆ／１４ｍｍ＝２８００Ｎ／ｍ、質量が２２ｋｇより、約１．８Ｈｚであり、除振系として十分なレベルである。
【００４８】
次に、前側ヨーク３６と後側ヨーク３７の別の役割について説明する。前述のように、ヨークは、基本的に反発固定磁石３９の磁束を、支持方向を法線とする面内で循環させるために設けられている。しかし、前側ヨーク３６及び後側ヨーク３７は、反発可動子３１と反発固定子３２間のＹ方向の負荷変位特性を改善する役割も果たしている。反発可動磁石３３と反発固定磁石３９は同じ極同士が対面するので、反発可動磁石３３のＮ極側とＳ極側で、各々Ｙ方向に反発力が働いている。この反発力は方向が逆なので相殺し、トータルとして力は作用しないがばね特性自体は存在する。つまり反発可動磁石３３が二つの反発固定磁石３９間の中央からずれると、元に戻そうとする復元力が働く。これはＹ方向の振動を伝達するので好ましくない。ところが、前側ヨーク３６とその反発固定磁石３９、後側ヨーク３７とその反発固定磁石３９との間には各々Ｙ方向に吸引力が働く。この吸引力も各々相殺してトータルとして力は作用しないが逆ばね特性が存在する。つまり反発可動磁石３３が二つの反発固定磁石３９間の中央からずれると、さらにずらそうとする力が働く。この逆ばね特性と、前述の反発可動磁石３３と二つの反発固定磁石３９間のばね特性とは、互いに相殺する方向であり、結果的に反発可動磁石３３と二つの反発固定磁石３９間のばね特性が低減される。その度合いは、前側ヨーク３６と、後側ヨーク３７の厚さで変わることが分かっており、厚さがゼロのときがばね特性が最大で逆ばね特性は当然ゼロである。ヨークの厚さを増やしてゆくと、逆ばね特性が勝って、トータルとして逆ばね特性になる厚さが存在することも分かっている。つまり、最適なヨーク厚さが存在して、その厚さにおいて、反発可動磁石３３と反発固定磁石３９のＹ方向のばね性はほぼゼロにできる。
【００４９】
次に、反発可動磁石３３のＸ方向寸法と反発固定磁石３９のＸ方向寸法の関係について説明する。図２に示すように、反発固定磁石３９のＸ方向寸法＞反発可動磁石３３のＸ方向寸法、となっている。これは、反発可動子３１と反発固定子３２間のＸ方向の負荷変位特性を改善するためである。Ｘ方向に関して、反発可動磁石３３の中心は反発固定磁石３９の中心と一致するところが設計値である。この位置では、Ｘ方向に相互に力が働かないが、この位置からＸ方向にずれると基本的にはさらにずらそうとする力が作用する。安定性に関しては、微動リニアモータで制御すればよいが、問題は位置によって発生する力が変わることであり、下からのＸ方向の振動を微動天板１１に伝達することである。これに対して、反発可動子３１のＸ方向寸法＜反発固定子３２のＸ方向寸法、となっていると、反発可動子３１がＸ方向にずれても磁界の変化が緩和される。さらに、反発可動子３１のＸ方向寸法＜＜反発固定子３２のＸ方向寸法、と十分大きな差がついていると、反発可動子３１がＸ方向にずれても実質的に磁界の変化がほぼゼロとなり、それによって発生する力もほぼゼロとすることが出来る。実際には、反発可動磁石３３のＸ寸法に対して片側８ｍｍ程度、両側で１６ｍｍ程度の余分量をもって反発固定磁石３９を設計すると、反発可動子３１の微小位置ずれに対して力変動はかなり小さくできることが分かっている。リニアモータが切れた場合のために、Ｘ方向については減衰器付きストッパを待機させておいてもよい。
【００５０】
この効果だけについていえば反発固定磁石３９のＸ寸法＜反発可動磁石３３のＸ寸法、としてもよいが、この場合は天板１１側が重くなる分を考慮しなければならないこと、および反発可動磁石３３を挿入するには、ヨーク３６，３７のＸ寸法は反発可動磁石３３のＸ寸法より大きくすること等の工夫が必要となる。
【００５１】
（第二の実施形態）
図５は本発明の第二の実施形態に係る支持装置を示す斜視図である。第一の実施形態では１箇所で自重を支持していたのに対して、本実施形態では３箇所で自重を指示している点が異なる。反発支持の基本構成は第一の実施形態と同じであり、支持ユニットによる支持が３箇所になったことと、反発可動子のＸ方向寸法のみが違っている。図５では、その（ｂ）及び（ｃ）に示す支持ユニットＳＵａとして、Ｙ方向奥に中型反発可動子３１ａと反発固定子３２ａとがあり、図５（ｄ）及び（ｅ）に示す支持ユニットＳＵｂとして、Ｙ方向手前に小型反発可動子３１ｂと反発固定子３２ｂの組が２組設けられている。中型反発可動磁石３３ａのＸ方向寸法は第一の実施形態のそれの半分、小型反発可動磁石３３ｂのＸ方向寸法は第一の実施形態のそれの１／４に設定されている。つまり中型反発可動子３１ａで天板１１の自重の半分を支持し、小型反発可動子３１ｂが２個で天板１１の自重の半分を支持している。３個の反発固定子３２ａ，３２ｂ，３２ｂは第一の実施形態と同じ設計になっている。このため、相対的に第一の実施形態に比べて可動子と固定子のＸ方向の寸法差が増えた設計になっている。Ｘ方向の振動伝達は主に磁石同士の端部同士の相互作用によるので、三つに分けると、その量は３倍に増える。よって、これを低減するために、第一の実施形態に比べて、さらに十分なＸ方向寸法差を持たせている。
【００５２】
サーボ系の振動抑圧性能が十分高ければ、図６に示す変形例のように、中型支持ユニットＳＵｃは反発可動子３１ｃと反発固定子３２ｃからなり、小型支持ユニットＳＵｄは反発可動子３１ｄと反発固定子３２ｄからなり、中型支持ユニットＳＵｃと小型支持ユニットＳＵｄは、第一の実施形態と同程度のＸ方向寸法差にしてもよい。このようにすると、微動リニアモータが故障したときの姿勢の安定性が向上し倒れ量が小さくて済む。
【００５３】
（第三の実施形態）
第一の実施形態、及び第二の実施形態では、磁石の着磁方向をＹ方向に平行にして配置した例を示したが、これは一例であり、着磁方向をＸ方向に平行に配置してもよいし他の任意の方向でも良い。
【００５４】
また、第二の実施形態では、三つのユニット全てが磁石の着磁方向をＹ方向に平行にして配置しているが三つが同じである必要はない。例えば、中型反発可動子と反発固定子の組だけを９０度回転して、着磁方向がＸ軸に平行になるように配置してもよい。このようにすると、全体としてＸＹ方向の負荷変位特性を改善できる。つまり中型反発可動子のユニットでは、Ｘ方向が弱いばね性であり、Ｙ方向が弱い逆ばね性である。一方、小型反発可動子のユニットでは、Ｘ方向が弱い逆ばね性であり、Ｙ方向が弱いばね性である。よって、トータルとして、Ｘ方向及びＹ方向ともにばね性と、逆ばね性がともに低減され、振動を伝えにくい系にできる。
【００５５】
以上述べたような各実施形態によれば、Ｚチルトθ微動ステージのθ方向の外乱が減少し、θ方向の位置精度が向上する。また、浮上力と浮上方向変位の関係を表す特性曲線上において、位置決めの対象物に処理がなされる所定位置での接線の傾きが負であって、かつ前記対象物の受け渡し位置における、浮上力＜天板（物体）自重、の条件が成立することにより、微動リニアモータが故障したときに、天板が必ず下に移動するようになって安全な動作をし、反発固定子は磁石の裏にヨークを設けることにより、または天板側の磁石のＸ寸法＜固定側の磁石のＸ寸法、の条件が成立することにより、反発可動子と反発固定子間のＸ方向の負荷変位特性を改善することができ、支持ユニットを複数備えることにより、微動リニアモータが故障したときの姿勢の安定性が向上し倒れ量が小さくて済むようにすることができ、複数の支持ユニット間で装置に対する着磁方向の配置が異なることにより、ＸＹ方向の負荷変位特性を改善し、振動を伝えにくい系にすることができる。
【００５６】
（第四の実施形態）
次に前述した実施形態の支持装置を有するステージ装置をウエハステージとして搭載した走査型露光装置の実施形態を、図９を用いて説明する。
【００５７】
鏡筒定盤９６は、床または基盤９１からダンパ９８を介して支持されている。また、鏡筒定盤９６は、レチクルステージ定盤９４を支持すると共に、レチクルステージ９５とウエハステージ９３の間に位置する投影光学系９７を支持している。
【００５８】
ウエハステージ９３は、床または基盤９１から支持されたステージ定盤９２上に支持され、ウエハを載置して位置決めを行う。また、レチクルステージ９５は、鏡筒定盤９６に支持されたレチクルステージ定盤９４上に支持され、回路パターンが形成されたレチクルを搭載して移動可能である。レチクルステージ９５上に搭載されたレチクルをウエハステージ９３上のウエハに露光する露光光は、照明光学系９９から発生される。
【００５９】
なお、ウエハステージ９３は、レチクルステージ９５と同期して走査される。レチクルステージ９５とウエハステージ９３の走査中、両者の位置はそれぞれ干渉計によって継続的に検出され、レチクルステージ９５とウエハステージ９３の駆動部にそれぞれフィードバックされる。これによって、両者の走査開始位置を正確に同期させるとともに、定速走査領域の走査速度を高精度で制御することができる。投影光学系９７に対して両者が走査している間に、ウエハ上にはレチクルパターンが露光され、回路パターンが転写される。
【００６０】
本実施形態では、前述の実施形態の支持装置を有するステージ装置をウエハステージとして用いているため、微動リニアモータが故障したときにも、安全な動作をすることが可能となり、高速・高精度な露光が可能となる。
【００６１】
（半導体生産システムの実施形態）
次に、本発明に係る装置を用いた半導体デバイス（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。
【００６２】
図１３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、１０１は半導体デバイスの製造装置を提供するベンダ（装置供給メーカ）の事業所である。製造装置の実例としては、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１０１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１０８、複数の操作端末コンピュータ１１０、これらを結んでイントラネット等を構築するローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１０９を備える。ホスト管理システム１０８は、ＬＡＮ１０９を事業所の外部ネットワークであるインターネット１０５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。
【００６３】
一方、１０２〜１０４は、製造装置のユーザとしての半導体製造メーカの製造工場である。製造工場１０２〜１０４は、互いに異なるメーカに属する工場であっても良いし、同一のメーカに属する工場（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１０２〜１０４内には、夫々、複数の製造装置１０６と、それらを結んでイントラネット等を構築するローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１１１と、各製造装置１０６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１０７とが設けられている。各工場１０２〜１０４に設けられたホスト管理システム１０７は、各工場内のＬＡＮ１１１を工場の外部ネットワークであるインターネット１０５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ＬＡＮ１１１からインターネット１０５を介してベンダの事業所１０１側のホスト管理システム１０８にアクセスが可能となり、ホスト管理システム１０８のセキュリティ機能によって限られたユーザだけに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１０５を介して、各製造装置１０６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側から受け取ることができる。各工場１０２〜１０４とベンダの事業所１０１との間のデータ通信および各工場内のＬＡＮ１１１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が提供するものに限らずユーザ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。
【００６４】
さて、図１４は本実施形態の全体システムを図１３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工場と、該製造装置のベンダ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、２０１は製造装置ユーザ（半導体デバイス製造メーカ）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２０２、レジスト処理装置２０３、成膜処理装置２０４が導入されている。なお図１４では製造工場２０１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ＬＡＮ２０６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２０５で製造ラインの稼動管理がされている。
【００６５】
一方、露光装置メーカ２１０、レジスト処理装置メーカ２２０、成膜装置メーカ２３０などベンダ（装置供給メーカ）の各事業所には、それぞれ供給した機器の遠隔保守を行うためのホスト管理システム２１１，２２１，２３１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、各装置のベンダの管理システム２１１，２２１，２３１とは、外部ネットワーク２００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からインターネット２００を介した遠隔保守を受けることで迅速な対応が可能であり、製造ラインの休止を最小限に抑えることができる。
【００６６】
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１５に一例を示す様な画面のユーザインタ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４０１、シリアルナンバー４０２、トラブルの件名４０３、発生日４０４、緊急度４０５、症状４０６、対処法４０７、経過４０８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インタフェースはさらに図示のごとくハイパーリンク機能４１０〜４１２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に関する情報も含まれ、また前記ソフトウェアライブラリは本発明を実現するための最新のソフトウェアも提供する。
【００６７】
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１６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。
【００６８】
図１７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あり、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。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、ばね定数が小さいことと支持荷重が大きいことを両立させた支持装置、支持方法とそれを用いたステージ装置および露光装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一の実施形態に係る支持装置を示す斜視図である。
【図２】 本発明の第一の実施形態に係る支持装置の詳細を示す斜視図である。
【図３】 本発明の第一の実施形態に係る支持装置の動作説明用の図である。
【図４】 本発明の第一の実施形態に係る支持装置の反発浮上磁石の負荷変位特性を示す図である。
【図５】 本発明の第二の実施形態に係る支持装置の詳細を示す斜視図である。
【図６】 本発明の第二の実施形態に係る支持ユニットの変形例を示す斜視図である。
【図７】 従来例に係る支持装置の斜視図である。
【図８】 従来例に係る支持装置の詳細斜視図である。
【図９】 従来例に係る支持装置の動作説明用の図である。
【図１０】 従来例に係る支持装置のリニアモータの図である。
【図１１】 従来例に係る支持装置の微動リニアモータの図である。
【図１２】 本発明の実施形態に係る露光装置を示す立面図である。
【図１３】 本発明に係る装置を用いた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１４】 本発明に係る装置を用いた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１５】 ユーザインタフェースの具体例である。
【図１６】 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１７】 ウエハプロセスを説明する図である。
【符号の説明】
１：ベース定盤、２：Ｙヨーガイド、３：Ｙステージ、４：Ｘヨーガイド、５：前端部材、６：奥端部材、７：Ｘステージ、８：側板、９：上板、１０：下板、１１：天板、１２：中間板、１３：前側取り付け板、１４：奥側取り付け板、１５：コイルホルダ、１６：コイル、１７ａ，１７ｂ：ヨーク、１８ａ，１８ｂ：可動磁石、１９：側板、２１：扁平コイル、２２：コイルホルダ、２３：磁石、２４：ヨーク、２５：側板、２７：対象物仮置き部材、２８：コイルばね、３１：反発可動子、３２：反発固定子、３３：反発可動磁石、３４：反発可動磁石ホルダ、３６：前側ヨーク、３７：後側ヨーク、３８：横ヨーク、３９：反発固定磁石、
ＳＵ：支持ユニット、Ｘ１：Ｘ粗動リニアモータ、Ｙ１，Ｙ２：Ｙ粗動リニアモータ、ＸＬＭ：Ｘ微動リニアモータ、ＸＬＭａ：可動子、ＸＬＭｂ：固定子、ＹＬＭ：Ｙ微動リニアモータ、ＹＬＭａ：可動子、ＹＬＭｂ：固定子、ＺＬＭ：Ｚ微動リニアモータ、ＺＬＭａ：可動子、ＺＬＭｂ：固定子。

Claims (9)

1. 基板が載置される天板をステージ上に支持する支持装置と、前記天板を前記ステージに対して駆動するリニアモータとを備える露光装置において、
   前記支持装置は、前記天板または前記ステージのいずれか一方に配置された第１磁石と、他方に設けられ前記第１磁石と同極が対面するように配置された１対の第２磁石を有し、前記第１磁石を前記１対の第２磁石間に挿入したときに発生する対面方向に直交する方向の反発力を浮上力に用いて前記天板を支持する支持ユニットを備え、
   前記基板を露光するときの前記天板の高さを第１の高さとし、前記基板を受け渡しするときの前記天板の高さを第２の高さとした場合に、
   前記支持ユニットは、前記反発力と前記天板の浮上方向変位の関係を表す特性曲線において、前記第１の高さでの接線の傾きが負となり、前記第２の高さでの接線の傾きが正となるように、構成されることを特徴とする露光装置。
2. 前記特性曲線上において、前記天板を前記第１の高さよりも低い前記第２の高さにした場合に反発力＜前記天板の自重、の条件が成立することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記１対の第２磁石は、前記第１磁石と対向する面の裏側の面にヨークが設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
4. 支持方向をＺ方向、同極が対面する面の法線方向をＹ方向、ＺＹ方向に直角な方向をＸ方向とするとき前記第１磁石のＸ方向における寸法＜前記第２磁石のＸ方向における寸法、の条件が成立することを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
5. 前記支持ユニットを複数備えることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
6. 上記複数の支持ユニット間で装置に対する着磁方向の配置が異なることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記第１磁石及び第２磁石は、板状材からなり、板厚方向に着磁されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の露光装置。
8. 前記リニアモータが、前記天板を６軸制御することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の露光装置を含む各種プロセス用の製造装置群を半導体製造工場に設置する工程と、該製造装置群を用いて複数のプロセスによって半導体デバイスを製造する工程とを有することを特徴とする半導体デバイス製造方法。

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