(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準面を有する定盤と、
該定盤に対して移動可能なサブステージと、
該サブステージを該定盤に対して移動させる移動機構と、
該サブステージと共に該定盤に対して移動可能なメインステージと、
該メインステージと該サブステージとの間で力を伝達する部材と、
該メインステージの位置決めを行うためのアクチュエータとを備え、
該メインステージを加減速させるときは、該移動機構を用いて該サブステージを駆動して、該部材を介して該サブステージから該メインステージに力を伝達し、
該メインステージを定速走行または停止させるときは、該アクチュエータを用いてメインステージの位置決めを行うことを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記アクチュエータは、前記加減速の開始時刻からの時間に応じて制御されることを特徴とする請求項１記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記アクチュエータは、前記サブステージの加減速の大きさに応じて制御されることを特徴とする請求項１記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、前記メインステージの速度に応じて制御されることを特徴とする請求項１記載の位置決め装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは、前記メインステージの位置偏差の大きさに応じて制御されることを特徴とする請求項１記載の位置決め装置。
【請求項６】
前記アクチュエータを制御する制御系は、前記メインステージの目標位置に対する位置偏差信号を偏差補正信号を用いて補正し、補正された位置偏差信号に基づいてアクチュエータを制御することを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の位置決め装置。
【請求項７】
前記偏差補正信号を生成するための偏差補正信号発生器を有することを特徴とする請求項６記載の位置決め装置。
【請求項８】
前記アクチュエータの制御を開始するときの前記偏差補正信号の大きさは、前記アクチュエータを制御する制御系が制御を開始したときにおける前記位置偏差信号の大きさとほぼ等しいことを特徴とする請求項６または７記載の位置決め装置。
【請求項９】
前記アクチュエータの制御を開始するときの前記偏差補正信号の傾きは、前記アクチュエータを制御する制御系が制御を開始したときにおける前記位置偏差信号の傾きとほぼ等しいことを特徴とする請求項８記載の位置決め装置。
【請求項１０】
前記アクチュエータは、非接触で駆動力を発生する非接触アクチュエータであることを特徴とする請求項１〜９いずれか記載の位置決め装置。
【請求項１１】
前記アクチュエータは、リニアモータであることを特徴とする請求項１０記載の位置決め装置。
【請求項１２】
前記リニアモータの可動子は前記メインステージに設けられ、前記リニアモータの固定子は前記定盤に設けられることを特徴とする請求項１１記載の位置決め装置。
【請求項１３】
前記リニアモータの可動子は前記メインステージに設けられ、前記リニアモータの固定子は前記サブステージに設けられることを特徴とする請求項１１記載の位置決め装置。
【請求項１４】
前記部材は、前記サブステージが移動する方向に対して、前記メインステージと前記サブステージとの間で力を伝達することを特徴とする請求項１〜１３記載の位置決め装置。
【請求項１５】
前記部材は、バネ要素であることを特徴とする請求項１４記載の位置決め装置。
【請求項１６】
前記部材は、該メインステージと該サブステージとを非接触に保つ非接触軸受であることを特徴とする請求項１〜１５いずれか記載の位置決め装置。
【請求項１７】
前記非接触軸受は、静圧軸受または磁気を利用した軸受を有することを特徴とする請求項１６記載の位置決め装置。
【請求項１８】
前記メインステージは、前記基準面上に支持されていることを特徴とする請求項１〜１７いずれか記載の位置決め装置。
【請求項１９】
前記メインステージは、前記サブステージ上に載置されていることを特徴とする請求項１〜１７いずれか記載の位置決め装置。
【請求項２０】
前記サブステージは、基準面上で二次元方向に移動可能な二次元ステージであることを特徴とする請求項１９記載の位置決め装置。
【請求項２１】
前記部材は、ラジアル軸受を有することを特徴とする請求項２０記載の位置決め装置。
【請求項２２】
前記メインステージは、前記サブステージに対して基準面と平行な方向に移動可能であることを特徴とする請求項２０または２１記載の位置決め装置。
【請求項２３】
前記サブステージに対して前記メインステージを前記基準面と垂直な方向に駆動する駆動機構を有することを特徴とする請求項１９〜２２いずれか記載の位置決め装置。
【請求項２４】
前記メインステージは、前記サブステージに対して６軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項２３記載の位置決め装置。
【請求項２５】
前記サブステージに対して前記メインステージを鉛直方向に支持する支持機構は、与圧室または磁石の反発力を利用したものであることを特徴とする請求項１９〜２４いずれか記載の位置決め装置。
【請求項２６】
請求項１〜２５いずれか記載の位置決め装置を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２７】
前記位置決め装置をウエハステージとして備えたことを特徴とする請求項２６記載の露光装置。
【請求項２８】
請求項２６または請求項２７記載の露光装置を用意する工程と、該露光装置によりレチクルに形成されたパターンをウエハに転写する工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項２９】
ウエハに感光剤を塗布する工程と、感光したウエハを現像する工程とを更に有することを特徴とする請求項２８記載のデバイス製造方法。
【請求項３０】
サブステージを加速する工程と、
サブステージとメインステージとの間に設けられた非接触軸受を介して該サブステージから該メインステージに駆動力を伝達し、該メインステージを加速する工程と、
該サブステージと該メインステージとの間に設けられたアクチュエータにより該メインステージの位置決めを行う工程とを有し、
該アクチュエータにより該メインステージの位置決めを行う工程では、目標位置に対する位置偏差信号を補正する工程と、該補正された位置偏差信号に基づいて該アクチュエータの制御を行う工程とを有することを特徴とする位置決め方法。
【請求項３１】
前記アクチュエータの制御を開始するときの位置偏差信号を補正する工程では、位置偏差信号と等しい大きさの偏差補正信号を生成し、該位置偏差信号と該偏差補正信号との差分に基づいてアクチュエータの制御を行うことを特徴とする請求項３０記載の位置決め方法。
【請求項３２】
前記アクチュエータの制御を開始するときの位置偏差信号を補正する工程では、位置偏差信号と等しい傾きの偏差補正信号を生成し、該位置偏差信号と該偏差補正信号との差分に基づいてアクチュエータの制御を行うことを特徴とする請求項３１記載の位置決め方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置決め装置、特には半導体ウエハまたは液晶表示パネル等の基板にパターンを形成するための露光装置の位置決め装置に関し、さらには被露光体である基板の姿勢を適確に保持して高精度な露光を可能にする露光装置やデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばマスクやレチクル上に描かれた半導体装置製造用のパターンをウエハ上に投影するステッパ等の露光装置では、レチクルとウエハの位置あわせを行う機能が備えられており、それにより位置合わせを行った後で露光を行っている。そして、このような位置合わせは、一般的には露光すべきパターンが描かれたレチクル等の原板とウエハ等の被露光体（基板）とのずれを計測し、その結果に基づいて被露光体をレーザー測長器の計測値に基づいた制御によりステップアンドリピート移動したり、または原板と被露光体とを移動したりすることにより行われている。
【０００３】
所謂ステップアンドリピートタイプやステップアンドスキャンタイプのステッパは、その解像度及び重ね合せ精度の面から被露光体（ウエハ）を保持しながら移動する所謂ウエハステージを極めて高精度に位置決めすることが要求されている。加えて近年では生産性の向上のために位置決めの高速化が望まれている。
【０００４】
図２０は、従来用いられている直進一軸の位置決めステージ構成のモデルを示したものである。
【０００５】
ステージ１１０は、定盤１１１上に直進方向に往復運動自在に案内されている。ステージ上には不図示のレチクル、ウエハその他ワークが載置される。ステージには磁石とヨークで構成される不図示のリニアモータ固定子が非接触で対面し、リニアモータ固定子は定盤に支持されている。ステージには反射ミラー１１２が設けられ、不図示のレーザ干渉計によりステージの位置を計測する。１１３はステージ制御系であり、ステージ駆動プロファイルと計測されたステージ位置に基づいてリニアモータへ制御入力指令を送る。実際のステージの動作は以下のようになる。所定のレチクルやウエハその他ワークが搭載された静止状態のステージに対し、ステージ位置に応じて所定のリニアモータコイルに所定の方向の電流を所定時間流してステージを加速し、ステージが所望の速度および位置に達した後はステージを等速で走査するように制御し、ステージが走査移動している間に所定の露光や検査などを行う。これらの所定動作の終了後、リニアモータコイルに所定の電流を流してステージを減速し、停止させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらのステージ動作の高速性を達成させるには、ステージの加速および減速を大きくする必要がある。しかし、上記のステージの構成では、加速から位置決めまでを同じリニアモータで駆動するため、ステージの加速度を大きくするとリニアモータの発熱が大きくなる。そして、ステージとリニアモータとの距離が近接しているため、リニアモータの発熱によりステージやワークが熱膨張で変形し、位置決めの精度や露光、加工または検査精度が低下してしまう。また、リニアモータの発熱は、レーザ干渉計の光路の空気密度を乱し、ステージ位置の計測精度の悪化の原因ともなる。
【０００７】
本発明は、低発熱で高速高精度な位置決め性能を有する位置決め装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の位置決め装置は、基準面を有する定盤と、該定盤に対して移動可能なサブステージと、該サブステージを該定盤に対して移動させる移動機構と、該サブステージと共に該定盤に対して移動可能なメインステージと、該メインステージと該サブステージとの間で力を伝達する部材と、該メインステージの位置決めを行うためのアクチュエータとを備え、該メインステージを加減速させるときは、該移動機構を用いて該サブステージを駆動して、該部材を介して該サブステージから該メインステージに力を伝達し、該メインステージを定速走行または停止させるときは、該アクチュエータを用いてメインステージの位置決めを行うことを特徴とする。
【０００９】
また、前記アクチュエータは、前記加減速の開始時刻からの時間に応じて制御されるても良く、前記サブステージの加減速の大きさに応じて制御されても良く、前記アクチュエータは、前記メインステージの速度に応じて制御されても良く、前記メインステージの位置偏差の大きさに応じて制御されても良い。
【００１０】
また、前記アクチュエータを制御する制御系は、前記メインステージの目標位置に対する位置偏差信号を偏差補正信号を用いて補正し、補正された位置偏差信号に基づいてアクチュエータを制御することが望ましい。また、前記偏差補正信号を生成するための偏差補正信号発生器を有することが好ましい。
【００１１】
また、前記アクチュエータの制御を開始するときの前記偏差補正信号の大きさは、前記アクチュエータを制御する制御系が制御を開始したときにおける前記位置偏差信号の大きさとほぼ等しいことが望ましく、前記アクチュエータの制御を開始するときの前記偏差補正信号の傾きは、前記アクチュエータを制御する制御系が制御を開始したときにおける前記位置偏差信号の傾きとほぼ等しいことが好ましい。
【００１２】
また、前記アクチュエータは、非接触で駆動力を発生する非接触アクチュエータであることが望ましく、リニアモータであることが好ましい。
【００１３】
また、前記リニアモータの可動子は前記メインステージに設けられ、前記リニアモータの固定子は前記定盤に設けられることが望ましい。また、前記リニアモータの可動子は前記メインステージに設けられ、前記リニアモータの固定子は前記サブステージに設けられても良い。
【００１４】
また、前記部材は、前記サブステージが移動する方向に対して、前記メインステージと前記サブステージとの間で力を伝達することが望ましく、前記部材は、バネ要素であることが好ましい。
【００１５】
また、前記部材は、該メインステージと該サブステージとを非接触に保つ非接触軸受であることが望ましく、静圧軸受または磁気を利用した軸受を有することが好ましい。
【００１６】
また、前記メインステージは、前記基準面上に支持されているが望ましい。
【００１７】
また、前記メインステージは、前記サブステージ上に載置されていることが望ましい。
【００１８】
また、前記サブステージは、基準面上で二次元方向に移動可能な二次元ステージであることが望ましい。また、前記部材は、ラジアル軸受であることが好ましい。
【００１９】
また、前記メインステージは、前記サブステージに対して基準面と平行な方向に移動可能であることが望ましい。
【００２０】
また、前記サブステージに対して前記メインステージを前記基準面と垂直な方向に駆動する駆動機構を有することが望ましい。
【００２１】
また、前記メインステージは、前記サブステージに対して６軸方向に移動可能であることが望ましい。
【００２２】
また、前記サブステージに対して前記メインステージを鉛直方向に支持する支持機構は、与圧室または磁石の反発力を利用したものであることが望ましい。
【００２３】
また、上記の目的を達成するための本発明の位置決め方法は、サブステージを加速する工程と、サブステージとメインステージとの間に設けられた非接触軸受を介して該サブステージから該メインステージに駆動力を伝達し、該メインステージを加速する工程と、該サブステージと該メインステージとの間に設けられたアクチュエータにより該メインステージの位置決めを行う工程とを有し、該アクチュエータにより該メインステージの位置決めを行う工程では、目標位置に対する位置偏差信号を補正する工程と、該補正された位置偏差信号に基づいて該アクチュエータの制御を行う工程とを有することを特徴とする。
【００２４】
また、前記アクチュエータの制御を開始するときの位置偏差信号を補正する工程では、位置偏差信号と等しい大きさの偏差補正信号を生成し、該位置偏差信号と該偏差補正信号との差分に基づいてアクチュエータの制御を行うことが望ましい。
【００２５】
また、前記アクチュエータの制御を開始するときの位置偏差信号を補正する工程では、位置偏差信号と等しい傾きの偏差補正信号を生成し、該位置偏差信号と該偏差補正信号との差分に基づいてアクチュエータの制御を行うことが望ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
＜実施形態１＞
図１は、本発明のステージ装置のモデル図である。
【００２７】
同図において、位置決めステージ３３上には、不図示のレチクルやウエハ等の位置決め目的物が載置される。位置決めステージ３３は、定盤５０の基準面と平行な方向に往復運動自在に案内されている。３２は加減速ステージであり、位置決めステージ３３と同様に定盤５０の基準面上で案内されている。加減速ステージ３２には不図示のアクチュエータが設けられている。上述した通り、位置決めステージ３３は定盤５０の基準面上に載置されているが、本発明のステージ装置はこれに限るものではなく、加減速ステージ３２上に位置決めステージ３３が搭載された構成をしていてもかまわない。
【００２８】
加減速ステージ３２を駆動するアクチュエータは、リニアモータ等の直動型でも良いし、回転モータと送りネジを組合せたものでも良く、ここでは特に限定されない。
【００２９】
位置決めステージ３３には不図示のアクチュエータとして、リニアモータが設けられている。磁石とヨークから構成される不図示のリニアモータ可動子は、位置決めステージ側に設けられている。また、コイルを有し、可動子に対向する不図示のリニアモータ固定子は、加減速ステージ３２に取りつけても良いし、定盤５０取りつけても良い。リニアモータのストロークを考慮すると、位置決めステージ３３を駆動するためのリニアモータ固定子を設ければ、固定子が小さくて済む。
【００３０】
加減速ステージ３２と位置決めステージ３３の間には両ステージを連結するバネ要素３７が設けられている。このバネ要素３７はコイルバネ等の機械的なバネであっても良いが、非接触なものが望ましく、空気軸受のごとく空気膜を利用したものや、磁力による吸引力や反発力を利用したものが良い。また、このバネ要素３７は、受動的なものでも良いし、低発熱のアクチュエータを用いた能動的なものでも良い。
【００３１】
位置決めステージ３３には反射ミラーが設けられ、不図示のレーザ干渉系により位置決めステージ３３の移動方向の位置を計測する。加減速ステージ３にも同様に反射ミラーが設けられ、加減速ステージ３２の移動方向の位置を計測する。加減速ステージ３２の位置計測は、加減速ステージ３２の位置を基準位置から直接的に測定しても良いし、加減速ステージ３２と位置決めステージ３３との相対的位置の測定値と、位置決めステージの測定値とを用いて演算しても良い。
【００３２】
位置決めステージ３３および加減速ステージ３２には、それぞれ位置決めステージ制御系４１と加減速ステージ制御系４２が構成されており、所定のステージ駆動プロファイルとそれぞれのステージ測定位置に基づいて、それぞれのアクチュエータに指令が送られる。
【００３３】
加減速ステージ３２の役割は、加減速ステージ３２のアクチュエータに大きな駆動力を与えることにより加減速ステージ３２を加減速させ、バネ要素３７を介して位置決めステージを駆動することである。加減速ステージ制御系４２は、所定のステージ駆動プロファイルと加減速ステージの測定位置とに基づいて、加減速ステージを制御する。
【００３４】
位置決めステージ３３は、加速度または減速度が大きいときは、位置決めステージ制御系によるアクチュエータの制御を行わず、バネ要素３７を介して加減速ステージ３２から伝わる駆動力によって加減速駆動される。そして、加減速がほぼ終了し、加減速ステージ３２から伝わる駆動力が小さくなったときに位置決めステージ制御系４２が制御を開始し、位置決めステージ３３の最終的な位置決めが行われる。
【００３５】
位置決めステージ制御系７が位置決めを行っている際の加減速ステージ３２の振動などのによる加減速ステージ自身の位置決め誤差は、バネ要素３７を介して位置決めステージ３３へ外乱として伝達される。したがって、位置決め時のバネ要素３７の剛性はなるべく小さい方が望ましく、理想的にはバネ要素３７の剛性がゼロであることが良い。一方、加減速中は、位置決めステージはバネ要素を介して駆動されるので、バネ要素３７の剛性は大きい方が好ましい。
【００３６】
そのため、本発明のバネ要素は、図２に示すようなたわみ量に対する剛性変化特性を持つものとする。（グラフ中の数値は、基準化されている。以下同じ。）
【００３７】
図２に示すバネ要素は、たわみ量が大きいときは剛性が高く、たわみ量が小さいときは剛性がゼロに近くなるような性質を有している。
【００３８】
上記のような構成のステージ装置において、図３のような駆動を行うこととする。本駆動動作においては、時刻１００以降の等速状態中に所定の作業を行うことを目的としている。
【００３９】
加減速ステージ制御系は、同図の目標加速度プロファイルおよび加減速ステージの位置情報をもとに制御入力を生成し、加減速ステージを駆動する。時刻１００までの加速区間では位置決めステージ制御系は機能していないので、バネ要素を介して加減速ステージからの駆動力のみをうけて位置決めステージは加速される。時刻１００を過ぎた時点で位置決めステージ制御系が機能し始める。位置決めステージ制御系が制御を開始するタイミングとしては、１）ステージ速度の目標速度に対する割合がある所定範囲に入ったとき、２）ステージの位置の目標位置に対する割合がある所定範囲に入ったとき、３）加減速終了後のある所定時間が経過したとき、等があるが、バネ要素の特性とステージ駆動パターンにより適宜設定する。
【００４０】
図４〜６に制御シュミレーションを示す。
【００４１】
図４は、加速開始から最後まで位置決めステージ制御系を機能させなかった場合における、目標位置からの位置決めステージ位置の誤差（以下、位置決めステージ偏差）である。図４にみられる振動は、バネ要素によるものである。
【００４２】
図５（ａ）は、本発明による制御手法を適用した場合の位置決めステージ偏差を表し、時刻１１０から位置決めステージ制御系を機能させている。図５（ｂ）は、位置決めステージ制御系が指令した位置決めステージのリニアモータへの制御指令（次元は力。以下制御入力と呼ぶ）である。
【００４３】
図６は、図５と比較のために示したものであり、加速開始時から位置決めステージ制御系を機能させたものである。図６（ａ）は、位置決めステージ偏差は加速中も小さく抑えられているが、図６（ｂ）の制御入力は大きくなっている。図５と図６の場合で、同じリニアモータ（同じ推力定数、同じ抵抗値）を用いるものとし、時刻０から時刻１５０までのリニアモータで消費される総エネルギーを算出すると、図５の場合は図６の場合と比べ、わずか３％となり、リニアモータの発熱を非常に小さく抑えることができる。
【００４４】
加減速ステージのアクチュエータには、加減速ステージと位置決めステージとを加速するだけのエネルギーが必要とされるが、加減速ステージのアクチュエータは位置決めステージから離して設置することができるので、仮に加減速ステージのアクチュエータに発熱があったとしても、位置決めステージや位置決めステージに搭載した目的物に与える影響は軽微である。
【００４５】
本発明の制御系では、加速中の位置決めステージ偏差は大きくなるが、最終的な位置決めが要求されるのは前述したように時刻１００以降の等速区間であるので、加減速中の位置決めステージ偏差の大きさは問題ではない。
【００４６】
このように、本発明のステージ構成および制御系を用いれば、位置決めステージの高速高精度な位置決めを、発熱を極力抑えて実現することができる。
【００４７】
ところで、図５（ｂ）を見ると、位置決めステージ制御系を機能し始めた瞬間に、インパルス的な大きな制御入力が発生していることが分かる。位置決めステージ制御系には、高精度の位置決めをするために非常に高い帯域の制御系が構成されているため、位置決めステージ偏差が大きな状態で位置決めステージ制御系が機能するとこのようなことが起こる。
【００４８】
このような瞬間的な大きな値からを出すことは、リニアモータを駆動する電気系への大きな負荷であり、好ましくない。
【００４９】
そこで次に本発明では、図７に示す制御系を採用し、改善を行っている。
【００５０】
同図において、４５は図１の位置決め装置構成における位置決めステージ制御系内に新たに付加された位置決めステージ偏差補正信号発生器である。
【００５１】
位置決めステージ偏差補正信号発生器は、位置決めステージ制御系が制御を開始してから偏差を解消する過程において、急激な偏差解消を行うのではなく、ある目標値に沿って偏差を解消させるべく偏差信号を補正する信号を発生させるものである。
【００５２】
図８は、位置決めステージ偏差補正信号発生器から生成された偏差補正信号を示す。
【００５３】
位置決めステージ制御系では、位置決めステージ偏差に偏差補正信号を引いたものを制御系内における偏差として制御を行い、図９に示すような位置決めステージの制御指令が生成される。
【００５４】
図１０に位置決めステージ制御系の制御開始時近傍の位置決めステージ偏差を示す。
【００５５】
図中において実線イが偏差補正信号を用いた場合で、点線ロが偏差補正信号を用いていない場合（図５と同じ）である。
【００５６】
図８に用いた偏差補正信号は、位置決めステージ制御系の制御開始時において、補正信号の大きさおよび傾きを一致させるようにしてある。つまり、図１０の位置決めステージ制御系の制御開始時刻（図中の記号ハ点）において、偏差補正信号を用いた場合（実線イ）に、偏差信号が滑らかに連続し、偏差補正信号に沿って偏差ゼロへと収束する。そのため、急激な偏差解消を行うことはない。
【００５７】
偏差補正信号を用いていない場合（点線ロ）は、急激に偏差ゼロへと向かうが、オーバーシュートを起こし、偏差がゼロへと収束する時間は偏差補正信号を用いた場合とあまり変わらなくなる。つまり、偏差補正信号を用いても、ステージ位置決めに要する時間が長くかからないことがわかる。
【００５８】
偏差補正信号を用いた場合のリニアモータへの入力の総エネルギー量は、偏差補正信号を用いていない場合の約３％と、非常に小さくすることができ、位置決めステージのアクチュエータの発熱を抑えることができる。
【００５９】
偏差補正信号は、図８では一次遅れ系の特性を用いているが、位置決めステージ制御系の制御開始時間の偏差と傾きが一致している滑らかな曲線であれば、例えば二次関数曲線等の他の曲線でもほぼ同様な効果を得ることができる。
【００６０】
ここでは、加速終了後における等速時の位置決めについて示したが、本発明は、減速後のステージ停止時にも同様に適用することができる。すなわち、減速が大きくなり加減速ステージからバネ要素を介して伝わる駆動力が大きくなったときに位置決めステージ制御系を切り、減速が小さくなり加減速ステージから伝達される駆動力が小さくなったときに位置決めステージ制御系を機能させれば良い。
【００６１】
位置決めステージに要求される運動が所定距離を移動するステップ駆動である場合は、このような制御方法を減速時に使用すれば良い。
【００６２】
ここでは本発明のステージ装置の制御方法を概略的に説明するため、一軸方向についての例を挙げたが、軸数はこれに限定されるものではなく、次述するように、例えば平面内の直交する２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）に移動可能なＸＹステージにおいて、ＸＹ軸の少なくとも一方の軸に本発明を適用しても良い。
【００６３】
＜実施形態２＞
次に、上述した実施形態の具体的なステージ構成について説明を行う。
【００６４】
図１１は、本発明の６軸ウエハステージの斜視図である。
【００６５】
５０は、基準面を有する定盤である。５４は、基準面上で静圧軸受により支持され、定盤上に設けられたＹガイド５２により案内され、Ｙ方向に移動可能なＹステージである。５４Ｙは、ＹステージをＹ方向に駆動するためのＹリニアモータであり、Ｙリニアモータ固定子は定盤と実質上一体的に設けられており、Ｙリニアモータ可動子はＹステージと実質上一体的に設けられている。５１は、基準面上で静圧軸受により支持され、Ｙステージ５４に設けられたＸガイドにより案内され、Ｙステージに対してＸ方向に移動可能なＸステージである。５１Ｘは、ＸステージをＹステージに対してＸ方向に駆動するためのＸリニアモータであり、Ｘリニアモータ固定子はＹステージと実質上一体的に設けられており、Ｘリニアモータ可動子はＸステージと実質上一体的に設けられている。
【００６６】
上記の静圧ＸＹステージのＸステージ上に、４軸静圧θＺＴステージが搭載されている。
【００６７】
図１２は、本実施形態のウエハステージの平面図である。図１３は、本実施形態のウエハステージ装置をＹ方向から見た場合の一部断面図である。また、図１４は、本実施形態のウエハステージをＸ方向から見た場合の一部断面図である。
【００６８】
１は前述のＸＹステージである。２は、円筒状の固定部材であり、天板５１ａと一体的に設けられている。３は固定部材２の支持面である外周面と対向する円筒状の面を有する案内部材であり、４は案内部材３の上端に一体的に結合され、真空吸着力等によってウエハ等基板を吸着するウエハチャック（不図示）を備えた保持盤である。
【００６９】
５は、保持盤４と天板５１ａとをＺ方向に接近・離間させる３個のＺリニアモータである。６は、保持盤４を天板５１ａに対してＸＹ平面にて並進もしくは回転させる方向に力を発生させるためのリニアモータである。
【００７０】
７は、固定部材２の外周面に保持された環状の多孔質絞り型の静圧軸受である多孔質パッドである。固定部材２の外周面と案内部材３の案内面である内周面とは、多孔質パッド７から噴出される加圧流体の静圧によって、互いに非接触に支持されている。つまり、保持盤４は、静圧軸受7により、ＸＹステージ１の移動方向であるＸＹ方向に関して、天板５１ａから非接触で支持されている。また、保持盤４は、固定部材２と案内部材３の円筒状の案内面により、固定部材２と案内部材３の中心軸Ｚ軸に沿って往復移動自在であるとともに、Ｚ軸の回りに回動自在である。そして、多孔質パッド７の軸受間隙の許す範囲内において、Ｚ軸に対して傾斜自在である。Ｚ軸に対する傾斜各の許容値は、多孔質パッド７ｐの軸方向寸法を小さくすることで大きくすることができる。さらに、案内部材３、保持盤４および保持盤４に吸着されたウエハの重量をＺ方向に支持する力は、固定部材２に設けられた段差２ａと案内部材に設けられた段差３ａによって形成される付勢手段である予圧室８の加圧流体の圧力によって得られる。
【００７１】
図１３に示すように、固定部材２は、多孔質パッド７ｐおよび予圧室８にそれぞれ加圧流体を供給する内部流路７ａおよび８ａを有し、また、案内部材３と固定部材２の段差の下端にはラビリンスシール８ｂが形成されている。なお、多孔質パッド７ｐと案内部材３との間隙は７μｍ程度であり、ラビリンスシール８ｂの間隙は約１５μｍである。
【００７２】
Ｚリニアモータ５ａ〜５ｃは、案内部材の外側に周方向に等間隔で配設されている。各Ｚリニアモータ５ａ〜５ｃの可動子５ｍは、内面に永久磁石を有する筒状の枠体であり、該枠体は、案内部材３の外周面に固着されている。また、各Ｚリニアモータ５ａ〜５ｃの固定子５ｓは、天板５１ａと一体である支持体１ｚに固着されたコイルであり、図示しない配線によって所定の駆動制御系に接続されている。該駆動制御系から供給される電流量に応じて、可動子５ｍがＺ方向へ駆動される。各Ｚリニアモータ５ａ〜５ｃに供給される電流量が同じであれば、保持盤４の平面度を維持しつつＺ方向に移動することができ、各Ｚリニアモータ５ａ〜５ｃに供給される電流量を個別に変化させることによって保持盤４の平面度すなわち傾斜角度を変化させることができる。
【００７３】
天板５１ａには、各Ｚリニアモータ５ａ〜５ｃに隣接する非接触型の変位センサ９ａ〜９ｃが配設されている。各変位センサ９ａ〜９ｃは、保持盤４の下面に対向する検出端を有し、保持盤４のＺ方向の位置変化を検出している。変位センサ９ａ〜９ｃの出力を前述の駆動制御系にフィードバックすることにより、保持盤４の傾斜角度の位置決めを行うことができる。つまり、保持盤４は、天板５１ａに対してＺ・Ｔｉｌｔステージになっている。
【００７４】
図１２に示すように、保持盤４を天板５１ａに対してＸ方向に力を発生させるためのリニアモータであるｘリニアモータ６ｘは、保持盤中央ほぼ真下の位置に配設されている。加えて、保持盤４を天板５１ａに対してＹ方向もしくはＺ軸に回転させる方向に力を発生させるためのリニアモータである２つのｙリニアモータ６ｙｌ、６ｙｒは、保持盤の左右にそれぞれ配設されている。また、ｘリニアモータの可動子６ｘｍおよびｙリニアモータの可動子６ｙｍは、内面に永久磁石を有する筒状の枠体であり、該枠体は案内部材３の外周面に固着されている。ｘリニアモータ６の固定子６ｘｓおよびｙリニアモータの固定子６ｙｓは、天板５１ａと一体である支持体１ｘ、１ｙに固着されたコイルであり、図示しない配線によって前述の実施形態の位置決めステージ制御系に接続されている。該位置決めステージ制御系から供給される電流量に応じて各可動子６ｘｍ、６ｙｍを駆動し、保持盤４への駆動力が、天板５１ａに対してＸＹ方向に働くようにする。具体的には、ｘリニアモータ６ｘに電流が供給されれば、保持盤のＸ方向に並進力が作用する。また、ｙリニアモータに電流が同符合に供給されれば、保持盤のＹ方向に並進力が作用し、異符号に供給されれば保持盤をＺ軸回りに回転させるモーメント力が作用する。ｘリニアモータとｙリニアモータの制御方法は、後述する。
【００７５】
また、保持盤４のＸＹ方向の位置を正確に計測するために、レーザ干渉計を用いており、Ｘ方向の変動を計測するためのＸ計測ミラー１０ｘ、Ｙ方向の変動およびＺ軸回りの回転方向の変動を計測するためのＹ計測ミラーは、それぞれ保持盤４に固定されている。干渉計の出力を前述の駆動制御系にフィードバックすることにより、保持盤４のＸＹ方向の位置決めを自動的に行うことができる。
【００７６】
保持盤４がＸＹ方向にステップ移動するときは、レーザ干渉計で保持盤４のＸＹ方向の位置を計測しながら、まずＸＹステージ１がＸＹ方向に移動する。ＸＹステージにより天板がＸＹ方向に移動すると、天板に設けられたラジアル静圧軸受７の空気膜を介して保持盤４に力が伝達され、保持盤４は所定の位置に移動することになる。
【００７７】
本実施形態のラジアル静圧軸受の軸受間隙は、保持盤を天板に対してＸＹ方向に移動可能なように広めに設計されている。そのため、ｘｙリニアモータを天板に対する保持盤の移動用アクチュエータとして用いれば、ｘｙリニアモータにより保持盤の微動調整を行うことができる。
【００７８】
本実施形態の位置決め装置のＸＹ方向駆動時の動作について、図１５に示すモデル図を用いて詳細に説明を行う。
【００７９】
同図における各構成要素は、図１１〜図１４中の構成要素の番号と対応している。上述の説明では、ｘｙリニアモータ６の固定子は、天板５１ａと一体に設けられた支持体に固着されていたが、本図においては説明の都合のため、固定子は天板５１ａと一体に設けられた固定部材２に設けられている。また、ｘｙリニアモータ６の配置が図１２と異なっているが、これも説明の都合のためであり、ｘｙリニアモータ６の「保持盤４を天板５１ａに対してＸＹ平面にて並進もしくは回転させる方向に力を発生させる」という作用を変えるものではない。さらに、ラジアル静圧軸受７について、空気膜を模したバネで四方から固定部材２と案内部材３を連結しているが、これは軸受により形成される空気バネを表わしており、実際は非接触であり、四方に限られずラジアル方向全体に空気バネが存在している。以上の構成から分かるように、本実施形態の位置決め装置は、リニアモータ６と空気軸受とが並列に配置された構成になっているといえる。
【００８０】
同図において、ＸＹステージ（不図示）により固定部材２がＸＹ方向に移動すると、ラジアル軸受７により形成された空気バネを介して案内部材３に力が伝達され、保持盤（不図示）は所定の位置に移動することになる。
【００８１】
前述の実施形態によるステージ制御方法を本実施形態に適用した場合の説明を以下に行う。
【００８２】
まず加減速ステージに相当する固定部材２の加速をＸＹステージにより行う。これに伴って空気バネが縮み（つまり、空気軸受の間隙が狭くなり）、空気軸受の剛性が高くなり、空気バネを介して固定部材２からの力が案内部材３に伝達される。つまり保持盤がＸＹステージから空気軸受を介して力が伝達され、保持盤が加速される。ＸＹステージからの力の伝達が大きいとき（加速が大きいとき）は、保持盤とＸＹステージとの間で移動方向に力を発生させるｘｙリニアモータは制御を行わない。
【００８３】
次に、加速がほぼ終了してＸＹステージから伝達される力の伝達が小さくなったときに、ｘｙリニアモータの制御系である位置決めステージ制御系が制御を開始し、保持盤の等速運動のための最終的な位置決めを行う。保持盤を定速走行させるために位置決めステージ制御系がｘｙリニアモータを制御して位置決めを行うときに、保持盤がラジアル軸受の空気膜によるバネ剛性の影響をほとんど受けずＸＹステージからの外乱を受けないようにするため、ラジアル軸受７の軸受間隙は広めに設計されている。
【００８４】
ここでは加速終了後における等速時の位置決めについて示したが、本実施形態のステージ装置の位置決め制御を減速後のステージの停止時にも同様に適用することができる。すなわち、減速が大きくなり、ＸＹステージからラジアル軸受を介して伝わる駆動力が大きくなったときに位置決めステージ制御系を切り、減速が小さくなったときに位置決めステージ制御系を機能させれば良い。保持盤に要求される運動が、所定の距離を移動するステップ駆動である場合は、本実施形態の制御方法を減速後に使用すれば良い。
【００８５】
また本実施形態による位置決めステージ制御系の制御開始時において、前述の実施形態で用いた位置決めステージ偏差補正信号発生器により偏差補正信号を利用するようにしても良い。この場合も、偏差補正信号は位置決めステージ制御系の制御開始時において、補正信号の大きさおよび傾きを一致させるようにしてあり、偏差信号が滑らかに連続するようになっている。
【００８６】
本実施形態は、Ｚリニアモータ５ａ〜５ｃおよびｘｙリニアモータが、それぞれ個別に天板５１ａ上に支持されており、また、保持盤４と天板５１ａが非接触であるため、保持盤４の移動中に大きな振動が発生するおそれがない。また、予圧室８によって保持盤４や保持されたウエハの重量の大部分を支持しているため、Ｚリニアモータ５ａ〜５ｃの負荷は小さくてすむ。なお、保持盤４の平面をＸＹ平面に対して傾斜させた場合、すなわち、保持盤４をＺ軸に対して傾斜させた場合は、これに伴って多孔質パッド７ｐの軸受間隔の寸法と、ラビリンスシール８ａの間隙寸法と、各Ｚリニアモータ５ａ〜５ｃおよびｘｙリニアモータ６の永久磁石とコイルの間隙寸法とが変化するが、露光装置の焦点合わせや最終的な位置決めを行う位置決め装置においては、このような変化は微小であるため、多孔質パッド７ｐと案内部材３が接触したり、ラビリンスシールの性能が著しく低下したり、あるいはリニアモータの駆動量が著しく制限されるおそれはない。なぜなら、リニアモータの最小間隙は１〜２ｍｍ程度であり、例えば図１６に示すように、多孔質パッド７ｐの軸受面の直径ｄ、Ｚ方向の寸法ｗ、軸受間隙の両端の寸法ｈ１、ｈ２としたとき、ｄ＝２００ｍｍ、ｗ＝２０ｍｍ、保持盤４４傾斜角度の微調節量αが３×１０-4ｒａｄであれば、軸受間隙の寸法の変動量（ｈ１−ｈ２）／２は約３μｍとなるが、多孔質パッド７ｐの間隙寸法は７μｍ、ラビリンスシールの間隙寸法は１５μｍに設定されているためである。
【００８７】
本実施形態では、保持盤（メインステージ）のＸＹ方向（移動方向）への移動が、天板（サブステージ）のＸＹステージ（移動機構）によるＸＹ方向への移動に際し、まずＸＹステージによる加減速移動により保持盤を加減速移動させ、保持盤の加減速終了後、ｘｙリニアモータ（非接触アクチュエータ）による駆動を開始して保持盤の位置決めを行っている。これにより、大きな発熱が発生されることなく、保持盤のＸＹ方向への位置決めの高速化および高精度化が可能となる。
【００８８】
本実施形態では、天板をＸＹ方向に駆動する移動機構としてリニアモータを利用したＸＹステージを用いたが、これに限るものではなく、移動機構は天板をＸＹ方向に所定の精度で駆動できるものであれば良く、例えばボールネジやシリンダ等で駆動するＸＹステージでも良い。
【００８９】
また、本実施形態では、天板から保持盤をＸＹ方向に支持するための静圧軸受として円筒形状のラジアル静圧軸受を用いたが、これに限るものではなく、Ｘ方向およびＹ方向に対して別々に静圧軸受を設けて支持しても良い。さらに、本発明で用いられる軸受は、静圧軸受に限られるものではなく、非接触な軸受ならば良く、例えば、磁石等の反発力を利用した非接触軸受でも良い。そして、天板による保持盤の支持は、保持盤が天板に対して、Ｚ方向、Ｚ軸回りの回転方向およびチルト方向（Ｚ軸に対する傾斜方向）に移動自在となっていることが望ましい。
【００９０】
また、本実施形態では、天板と保持盤との間で、ＸＹ方向に関して、軸受による支持力とｘｙリニアモータの駆動力とが並列に作用するように構成されている。ここで「並列」とは、単に軸受とｘｙリニアモータとを並べて配置することを意味するだけでなく、実施形態で示した通り、軸受とｘｙリニアモータのそれぞれが、天板と保持盤との間で力を伝達できるように構成されていることを意味する。
【００９１】
本実施形態では、保持盤に対するＺ方向の支持力をラビリンスシールを有する予圧室によって発生させていたが、これに限るものではなく、例えばゴム等により予圧室を密閉させてＺ方向の支持力を発生させても良い。また、保持盤に対するＺ方向の支持力は、エアの力によるものに限られず、例えば磁石の反発力等を用いても良い。
【００９２】
また、本実施形態では、保持盤の傾斜角度の位置変化を、天板に配設された変位センサにより検出していたが、これに限るものではなく、位置決め装置の外部の基準部材から干渉系等により保持盤のＺ方向に関する位置情報を計測しても良い。
【００９３】
＜実施形態３＞
次に前述した実施形態の位置決め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１７を用いて説明する。
【００９４】
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。
【００９５】
ウエハステージは、床または基盤から支持されたステージ定盤上に支持され、ウエハを載置して位置決めを行う。また、レチクルステージは、鏡筒定盤に支持されたレチクルステージ定盤上に支持され、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。
【００９６】
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。
【００９７】
本実施形態では、前述の実施形態の位置決め装置をウエハステージとして用いているため、ステージが加減速移動するステップ移動時には前述のＸＹステージの加速により保持盤を加速し、ステージが定速移動するスキャン露光時には前述のｘｙリニアモータによる保持盤の位置決めを行い、高速・高精度な露光が可能となる。
【００９８】
また、前述の実施形態のような静圧軸受とリニアモータを並列に設けた位置決め装置をレチクルステージに用いて良い。
【００９９】
＜実施形態４＞
次に上記説明した露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。図１８は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造フローを示す。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。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。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１４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、これが出荷（ステップＳ７）される。
【０１００】
図１９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形成する。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が形成される。本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造することができる。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の位置決め装置によれば、アクチュエータの発熱を抑えてメインステージの位置決めを行うことができる。
【０１０２】
また、請求項８記載の位置決め装置によれば、アクチュエータの制御を開始したときに急激な偏差補正制御を抑えることができる。
【０１０３】
また、請求項９記載の位置決め装置によれば、位置偏差信号を滑らかに連続させて収束させることができる。
【０１０４】
また、請求項２２記載の位置決め装置によれば、メインステージを二次元方向に高速高精度に位置決めすることができる。
【０１０５】
また、請求項２４記載の位置決め装置によれば、メインステージを６軸方向に高速高精度に位置決めすることができる。
【０１０６】
また、本発明の請求項３２記載の位置決め方法によれば、メインステージの位置偏差を滑らかに連続させながら目標位置に収束させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の位置決め装置のモデル図
【図２】バネ要素の剛性を示す図
【図３】第１実施形態の位置決め装置のステージ駆動プロファイルを示す図
【図４】目標位置からの位置決めステージの誤差を示す図
【図５】第１実施形態による制御手法を適用した場合の偏差と制御指令を示す図
【図６】図５と比較するための参考図
【図７】位置決めステージ偏差補正信号発生器を用いた制御系を示す図
【図８】位置補正信号を示す図
【図９】図７における制御系を用いた場合の位置決めステージの偏差と制御指令を示す図
【図１０】位置決めステージ制御系の制御開始時近傍の位置決めステージ偏差を示す図
【図１１】第２実施形態の６軸ウエハステージの斜視図
【図１２】第２実施形態の位置決め装置の平面図
【図１３】第２実施形態の位置決め装置をＹ方向から見た場合の一部断面図
【図１４】第２実施形態の位置決め装置をＸ方向から見た場合の一部断面図
【図１５】第２実施形態の位置決め装置のモデル図
【図１６】第２実施形態のラジアル静圧軸受の軸受間隙の説明図
【図１７】第３実施形態のスキャン露光装置の概略図
【図１８】半導体デバイス製造フロー図
【図１９】ウエハプロセスフロー図
【図２０】従来の位置決め装置のモデル図
【符号の説明】
１  ＸＹステージ
２  固定部材
３  案内部材
４  保持盤
５  Ｚリニアモータ
６  リニアモータ
７  静圧軸受
８  与圧室
９  変位センサ
１０  計測ミラー
５０  定盤
５１  Ｘステージ
５１ａ  天板
５２  Ｙガイド
５３  静圧軸受
５４  Ｙステージ
９１  床・基盤
９２  ステージ定盤
９３  ウエハステージ
９４  レチクル定盤
９５  レチクルステージ
９６  鏡筒定盤
９７  投影光学系
９８  ダンパ
９９  照明光学系
【図１】
0003720613.tif 000002
【図２】
0003720613.tif 000003
【図３】
0003720613.tif 000004
【図４】
0003720613.tif 000005
【図５】
0003720613.tif 000006
【図６】
0003720613.tif 000007
【図７】
0003720613.tif 000008
【図８】
0003720613.tif 000009
【図９】
0003720613.tif 000010
【図１０】
0003720613.tif 000011
【図１１】
0003720613.tif 000012
【図１２】
0003720613.tif 000013
【図１３】
0003720613.tif 000014
【図１４】
0003720613.tif 000015
【図１５】
0003720613.tif 000016
【図１６】
0003720613.tif 000017
【図１７】
0003720613.tif 000018
【図１８】
0003720613.tif 000019
【図１９】
0003720613.tif 000020
【図２０】
0003720613.tif 000021