(57)【要約】【課題】質量体駆動源の応答遅れ及び推力変動によって起こるステージ駆動反力漏れを抑制するステージ装置を提供する。【解決手段】本発明のステージ装置は、ステージと、前記ステージを支持する定盤と、前記ステージを駆動する駆動手段と、前記ステージの駆動に伴い前記定盤に作用する力を相殺するように力を前記定盤に作用させる力発生機構とを有するステージ装置であって、前記力発生機構は、第１力発生機構と第２力発生機構とを含み、前記第２力発生機構は、前記ステージの駆動に伴い前記定盤に作用する力と前記第１力発生機構によって前記定盤に作用させる力との差分に基づいて、前記定盤に力を作用させることを特徴とする。【選択図】図１
2010251623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージと、前記ステージを支持する定盤と、前記ステージを駆動する駆動手段と、前記ステージの駆動に伴い前記定盤に作用する力を相殺するように前記定盤に力を作用させる力発生機構とを有するステージ装置において、
前記力発生機構は、第１力発生機構と第２力発生機構とを含み、
前記第２力発生機構は、前記ステージの駆動に伴い前記定盤に作用する力と前記第１力発生機構によって前記定盤に作用させる力との差分に基づいて、前記定盤に力を作用させることを特徴とするステージ装置。  
【請求項２】
前記ステージおよび前記第１力発生機構の加速度を計測するセンサを有し、前記センサの出力と前記ステージおよび第１力発生機構の質量とから、前記ステージおよび前記第１力発生機構の推力を算出し、前記算出された前記ステージの推力と前記第１力発生機構との推力の差分から第２力発生機構の推力を算出することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項３】
前記第１および第２力発生機構は、質量体と前記質量体を駆動する駆動手段とを有することを特徴とする請求項１または２に記載のステージ装置。
【請求項４】
前記第２力発生機構の駆動手段は、コアレス・リニアモータまたはボイスコイルモータであることを特徴とする請求項３に記載のステージ装置。
【請求項５】
前記第２力発生機構の質量体の重さは、前記第１力発生機構の質量体の重さよりも軽いことを特徴とする請求項３または４に記載のステージ装置。
【請求項６】
前記第２力発生機構は、前記ステージの力点と前記第２力発生機構の質量体の力点との鉛直方向における位置が同一になるように配置されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のステージ装置。
【請求項７】
原版のパターンを基板に露光する露光装置であって、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のステージ装置によって前記原版または基板を移動させることを特徴とする露光装置。
【請求項８】
請求項７に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記工程で露光された基板を現像する工程と、
を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステージ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
位置決めを行うステージ装置、特に露光装置など精度が要求される分野で用いられるステージ装置において、ステージの駆動反力による床の加振が露光性能を悪くさせるといった問題がある。ステージの駆動反力の相殺機構として、特許文献１では、ガイドを用いてＸＹ方向に移動するステージを支持する定盤に対して、Ｘ軸方向に駆動可能な質量体と、Ｙ軸方向に駆動可能な質量体とを設けた構成が開示されている。ステージが＋Ｘ方向に駆動した場合、質量体を−Ｘ方向にステージと同じ推力でステージと同期駆動することで、ステージの駆動反力は相殺される。ステージが＋Ｙ方向に駆動した場合、質量体を−Ｙ方向にステージと同じ推力でステージと同期駆動することで、ステージの駆動反力は相殺される。またステージが定盤重心上にいない場合、ステージの駆動反力によってθ方向（Ｚ軸回りの回転方向）にモーメントが発生する。このような場合はステージ駆動時に発生するθ方向のモーメントを相殺するように、質量体を互いに逆方向に駆動させる。
【０００３】
また定盤の内部に、Ｘ、Ｙ方向に可動なリニアモータと、リニアモータに搭載された質量体と、θ方向に回転可能なモータに取り付けられた回転質量体とを備える構成が開示されている。これはさらに、ωｙ方向（Ｙ軸回りの回転方向）に回転可能なモータに取り付けられた回転質量体と、ωｘ方向（Ｘ軸回りの回転方向）に回転可能なモータに取り付けられた回転質量体とを備えている。定盤表側にはＸ，Ｙ方向に駆動可能なステージがある。ステージが＋Ｘ方向に駆動した場合、質量体を−Ｘ方向にステージの推力と同じ推力でステージと同期駆動させることで反力を相殺させる。ステージが＋Ｙ方向に駆動した場合、質量体を−Ｙ方向にステージの推力と同じ推力でステージと同期駆動させることで反力を相殺させる。またステージの駆動反力によりθ方向のモーメントが発生した場合は、前記θ方向のモーメントを相殺するように回転質量体を回転させる。またステージの駆動によりωｘ、ωｙ方向のモーメントが発生した場合はθ方向と同様に各モーメントを相殺するように回転質量体を回転させる。
【０００４】
また定盤内部には、Ｘ方向に可動な質量体とリニアモータ、リニアガイド、Ｙ方向に可動な質量体とリニアモータ、リニアガイド、Ｚ方向に可動な質量体とリニアモータ、リニアガイドを設けた実施例がある。ステージが＋Ｘ方向に駆動した場合、質量体を−Ｘ方向にステージの推力と同じ推力でステージと同期駆動させることで反力を相殺させる。ステージが＋Ｙ方向に駆動した場合、質量体を−Ｙ方向にステージの推力と同じ推力でステージと同期駆動させることで反力を相殺させる。またステージの駆動反力によりθ方向のモーメントが発生した場合は、前記θ方向のモーメントを相殺するように２つある質量体を互いに逆方向に駆動させる。またωｘ、ωｙ方向のモーメントに関しては、ωｘ、ωｙ方向のモーメントを相殺するように、４つある質量体を互いに逆方向に駆動させている。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２４３１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような従来技術によるステージの駆動反力の相殺機構による工夫がなされる一方、近年、半導体の回路幅は細くなる傾向にあり、それに伴い装置を支持する床の振動の許容値がさらに厳しくなってきている。従来の装置なら問題にならなかった小さな駆動反力の漏れが、露光装置の像性能に影響する恐れ出てきた。従来の定盤にステージ駆動反力及びモーメントを相殺する為の質量体を設けるだけでは、新たな課題の解決策にならなくなってきた。すなわち、質量体の駆動源（例えばリニアサーボモータ、リニアパルスモータ）に応答遅れが存在するような場合、その遅れ分だけステージ駆動反力の相殺が出来ず、床に漏れる恐れが出てきた。また質量体の駆動源に微小な推力変動（推力リップル、コギング等）が存在する場合、その変動分だけステージ駆動反力が相殺できず、床に漏れる恐れも出てきた。
【０００７】
そこで、本発明は、質量体駆動源の応答遅れ及び推力変動によって起こるステージ駆動反力漏れを低減するステージ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためのステージ装置は  移動可能なステージと、前記ステージを支持する定盤と、前記ステージを駆動するための駆動手段と、からなるステージ装置において、前記ステージの駆動に伴い定盤に作用する反力を相殺する質量体が、質量が大きく応答性の遅い第１の質量体と、質量が小さく応答性の速い第２の質量体と、からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、質量体駆動源の応答遅れ及び推力変動によって起こるステージ駆動反力漏れを低減する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１におけるステージ装置を表す図である。
【図２】本発明の実施形態２におけるステージ装置を表す図である。
【図３】本発明の実施形態３におけるステージ装置を表す図である。
【図４】本発明の実施形態１における推力の差分方法の実施例を表す図である。
【図５】本発明の実施形態１における推力の差分方法のフローを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明における実施形態１の概略図を図１に示す。図１において、ステージ１０５はステージ定盤１０９（定盤）に支持されており、ステージ１０５はＸガイド１０７、Ｙガイド１２１によりＸ、Ｙ各軸に移動可能である。前記定盤１０９の側面には、ステージ１０５のＸ方向駆動反力を相殺するための質量体１１３ａ、１１３ｂ（不図示）を含む第１力発生機構があり、ステージ１０５とは反対方向に、ステージ１０５と同推力かつ同期して駆動させることで反力を相殺している。
ところが第１力発生機構の駆動源であるリニアモータ（図示せず）に応答の遅れがある場合、質量体１１３ａ、１１３ｂはステージ１０５と同期して駆動することができず、応答遅れ分だけステージの駆動反力が相殺できない。また第１力発生機構の駆動源であるリニアモータにリップルやコギング等の推力変動がある場合、推力変動分だけ駆動反力は相殺できない。特にモータの効率を考慮すると、鉄芯サーボモータもしくはパルス型リニアモータで第１力発生機構を駆動させることが考えられるが、そのような場合コギングが発生するためステージ反力を完全に相殺しきれない恐れがある。
【００１２】
このような相殺しきれないステージ反力を相殺するために、ステージ１０５と第１力発生機構の推力の差分を求めて、前記差分の力を発生させる為の第２力発生機構を設ける。第２力発生機構の駆動源はリニアモータ１１１とする。リニアモータ１１１はリニアモータ固定子１０８とリニアモータ可動子１１０（駆動手段の可動子）から構成される。ただしリニアモータ可動子１１０のストロークを出来るだけ小さくするために、質量体１１６をリニアモータ可動子１１０に搭載する。なお第２力発生機構を駆動するためのリニアモータ１１１は、応答遅れが小さく、コギングやリップルが小さいボイスコイルモータやコアレスサーボモータが望ましい。図１では一方向にのみ推力を出すリニアモータ１１１をＸ方向に設けているが、Ｙ方向もしくはＸとＹいずれの方向に設けてもよい。また１方向にのみ推力を出すリニアモータではなく、ＸおよびＹの２方向（２方向以上）に推力が出せるコアレス・リニアモータの平面モータを用いてもよい。
また、本構成では、ステージ１０５とＸガイド１０７の力点５１は第２力発生機構の質量体１１６の力点５２と鉛直方向の高さ（位置）を同一にするように設定されているため、第２の質量体の駆動により発生する更なる回転モーメントを低く抑えることができる。ここで、同一とは完全同一だけでなく、第２力発生機構の質量体の駆動によるさらなる回転モーメントの発生を低減できる範囲でその近傍も含む。
【００１３】
本発明における実施形態２の概略図を図２に示す。図２において、ステージ１０５はステージ定盤１０９に支持されており、ステージ１０５はＸガイド１０７、Ｙガイド１２１によりＸ、Ｙ各軸に移動することができる。ステージ定盤１０９の内部には、ステージ１０５のＸ、Ｙ方向駆動反力を相殺するための質量体２１１を含む第１力発生機構があり、ステージ１０５とは反対方向に、ステージ１０５と同推力かつ同期して駆動させることで反力を相殺している。なお第１力発生機構は、Ｘリニアモータ２０９とＹリニアモータ２１０によってそれぞれＸおよびＹ方向に可動である。Ｘリニアモータ２０９とＹリニアモータ２１０はそれぞれ可動部２０９ａ、２１０ａおよび固定部２０９ｂ、２１０ｂから構成される。
ところが本発明の実施形態１と同様に、第１力発生機構の駆動源であるリニアモータ２０９、２１０に応答の遅れがある場合、質量体２１１はステージ１０５と同期して駆動することができない為、応答の遅れた分だけステージの駆動反力が相殺できない。また第１力発生機構の駆動源であるリニアモータ２０９、２１０にリップルやコギング等の推力変動がある場合、推力変動分だけステージ駆動反力は相殺できない。
【００１４】
これら相殺しきれないステージ駆動反力を相殺するために、ステージ１０５と第１力発生機構の推力の差分を求めて、前記差分の力を発生させる為の第２力発生機構を設ける。第２力発生機構の駆動源はリニアモータ１１１とする。ただしリニアモータ可動子１１０のストロークを出来るだけ小さくするために、質量体１１６をリニアモータ可動子１１０に搭載する。なお第２力発生機構を駆動するためのリニアモータ１１１は応答遅れが小さく、コギングやリップルが小さいボイスコイルモータやコアレスサーボモータが望ましい。図２では一方向にのみ推力を出すリニアモータ１１１をＸ方向に設けているが、Ｙ方向もしくはＸとＹいずれの方向に設けてもよい。また１方向にのみ推力を出すリニアモータではなく、ＸおよびＹの２方向に推力が出せるコアレス・リニアモータの平面モータを用いてもよい。
【００１５】
また、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸回りの回転モーメントを相殺するため、回転質量体２１２，２１３，２１４が設けられ、それぞれの方向の回転モーメントを第一の質量体と同期して駆動することにより相殺している。ステージ１０５とＸガイド１０７の力点５１は第２力発生機構の質量体１１６の力点５２と鉛直方向の高さが同一となるように設定されているため、第２の質量体の駆動により発生する更なる回転モーメントを低く抑えることができる。ここで、同一とは完全同一だけでなく、第２力発生機構の質量体の駆動によるさらなる回転モーメントの発生を低減できる範囲でその近傍も含む。
【００１６】
本発明における実施形態３の概略図を図３に示す。図３において、ステージ１０５はステージ定盤１０９に支持されており、ステージ１０５はＸガイド１０７、Ｙガイド１２１により、それぞれＸ、Ｙ各軸に移動することができる。ステージ定盤１０９の内部には、ステージ１０５のＸ方向駆動反力を相殺するための質量体３０５を含む第１力発生機構があり、ステージ１０５とは反対方向に、ステージ１０５と同推力かつ同期して駆動させることで反力を相殺している。なお第１力発生機構３０５は、Ｘリニアモータ３０４によりリニアガイド３０６に沿って駆動される。
ところが第１力発生機構の駆動源であるＸリニアモータ３０４に応答の遅れがある場合、質量体３０５はステージ１０５と同期して駆動することができない為、応答の遅れた分だけステージ１０５の駆動反力が相殺できない。また第１力発生機構の駆動源であるＸリニアモータ３０４にリップルやコギング等の推力変動がある場合、推力変動分だけ駆動反力は相殺できない。特にモータの効率を考慮すると、鉄芯サーボモータもしくはパルス型リニアモータで第１力発生機構を駆動させることが考えられるが、そのような場合コギングが発生するためステージ駆動反力を完全に相殺しきれない恐れがある。
【００１７】
このような相殺しきれないステージ駆動反力を相殺するために、ステージ１０５と第１の質量体３０５の推力の差分を求めて、前記差分の力を発生させる為の第２力発生機構を設ける。第２力発生機構の駆動源はリニアモータ１１１とする。ただしリニアモータ可動子１１０のストロークを出来るだけ小さくするために、質量体１１６をリニアモータ可動子１１０に搭載する。なお第２力発生機構を駆動するためのリニアモータ１１１は、応答遅れが小さく、コギングやリップルが小さいボイスコイルモータやコアレスサーボモータが望ましい。図３では一方向にのみ推力を出すリニアモータ１１１をＸ方向に設けているが、Ｘ，Ｙ，Ｚいずれの方向に設けてもよい。また一方向にのみ推力を出すリニアモータではなく、ＸおよびＹ方向に推力が出せるコアレス・リニアモータの平面モータを用いてもよい。
なお実施形態１〜３の記載のステージ１０５はガイド１０７、１２１により２方向に可動なステージであるが、それ以外に平面上を２方向に移動をするコアレス・リニアモータの平面モータ等でもよい。
【００１８】
また、Ｙ軸回りの回転モーメントを相殺するため、２つのＺ軸質量体３０１が定盤１０９内でＸ軸方向の両端に設けられている。このＺ軸質量体３０１はリニアモータ３０３によりリニアガイド３０２に沿って第一の質量体３０５と同期して駆動されるが、それぞれ反対方向に駆動することによりＹ軸周りの回転モーメントを相殺している。ステージ１０５とＸガイド１０７の力点５１は第２力発生機構の質量体１１６の力点５２と鉛直方向の高さが同一となるように設定されているため、第２力発生機構の駆動により発生する更なる回転モーメントを低く抑えることができる。ここで、同一とは完全同一だけでなく、第２力発生機構の質量体の駆動によるさらなる回転モーメントの発生を低減できる範囲でその近傍も含む。
【００１９】
なお各実施形態において、ステージ１０５と質量体の推力の差分を求める必要があるが、この推力の差分を求める方法について述べる。図４、図５は実施形態１における、推力の差分を求める実施例を示した図である。図４におけるステージ１０５に加速度を計測するセンサである加速度計１１７を設け、さらに質量体１１３ａ、１１３ｂ（不図示）にも加速度計１１８を設けている。もし質量体１１３ａ、１１３ｂがステージ１０５に対して応答遅れがある場合、ステージ１０５と質量体１１３ａ、１１３ｂに設けた加速度計から出力される加速度データを比較すれば、どれくらい遅れているのか確認することができる。また質量体１１３ａ、１１３ｂの駆動源であるリニアモータにリップルやコギング等が発生した場合、質量体１１３ａ、１１３ｂに設けた加速度計から出力される加速度データを見ると、振動的な出力を確認することができる。このように加速度データを見ることで、質量体の応答遅れやリップル・コギングを把握することができるのである。そして各加速度データにステージ１０５ならびに質量体１１３ａ、１１３ｂの質量をかけ合せる（算出）ことで推力になる。よって図５に示すように、ステージ１０５に設けた加速度計１１７から出力される加速度データａ_stageにステージ１０５の質量Ｍ_stageをかけ合せることでステージ１０５の推力Ｆ_stage が求まる。また質量体１１３ａ、１１３ｂに設けた加速度計１１８から出力される加速度データａ_massに質量体１１３ａ、１１３ｂの質量Ｍ_massをかけ合せることで質量体１１３ａ、１１３ｂの推力Ｆ_massが求まる。それぞれ求めたステージ１０５の推力と質量体１１３ａ、１１３ｂの推力を差し引きすることで、両者の推力の差分を求めることができる。そして得られた推力の差分を第２の質量体１１６によってステージ定盤１０９に作用させる。なお、上記は実施形態１に関する説明であったが、実施形態２、実施形態３においてもステージ１０５と質量体に加速度計を設けることで、同様の方法で推力の差分を求めることができる。
【００２０】
本発明によると、第２力発生機構はステージと質量体の推力の差分力で駆動する為、第２力発生機構を動かすリニアモータの最大推力は小さい。そのためモータの効率は劣るが応答が早く、リップルやコギングの小さいモータを選定することができる。一方、第１力発生機構の方はステージの駆動反力を相殺する為、最大推力が大きい。そのため応答性が劣り、リップルやコギングが発生するが、モータ効率の良いモータを選定することができる。このようにステージ駆動反力を相殺する力発生機構をモータの特徴にあわせて二つに分けることで、最適なモータ効率及び応答性、推力特性で質量体を駆動させることができ、従来よりもさらにステージ駆動反力の漏れを少なくすることができる。
また、第２力発生機構はリニアモータ可動子の上に配置されているため、その力点と、リニアモータ可動子と共に駆動するステージおよびガイドの力点との高さを同一にし、第２の質量体の駆動によるさらなる回転モーメントの発生を低く抑えることができる。ここで、同一とは完全同一だけでなく、第２力発生機構の駆動によるさらなる回転モーメントの発生を低減できる範囲でその近傍も含むことは言うまでもない。
【００２１】
［デバイス製造方法の実施形態］
次に、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。当該方法において、本発明を適用した原版のパターンを基板に露光する露光装置を使用し得る。
半導体デバイスは、ウエハ（半導体基板）に集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程とを経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を用いて、感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、その工程で露光されたウエハを現像する工程とを含み得る。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）とを含み得る。また、液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を用いて、感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、その工程で露光されたガラス基板を現像する工程とを含み得る。
本実施形態のデバイス製造方法は、デバイスの生産性、品質および生産コスト、ならびに安全性の少なくとも一つにおいて従来よりも有利である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００２２】
５１：ステージとガイドの力点
５２：第２力発生機構の質量体の力点
１０５：ステージ
１０９：ステージ定盤
１１１：リニアモータ
１１３ａ、１１３ｂ、２１１、３０５：第１力発生機構、第１力発生機構の質量体
１１６：第２力発生機構、第２力発生機構の質量体
【図１】
2010251623.tif 000003
【図２】
2010251623.tif 000004
【図３】
2010251623.tif 000005
【図４】
2010251623.tif 000006
【図５】
2010251623.tif 000007