(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
６自由度方向に駆動可能な平面モータを含む粗動ステージと、
前記粗動ステージ上に配置され、前記粗動ステージに対して少なくとも３自由度方向に駆動可能な微動ステージと、を含むステージ装置。
【請求項２】
前記微動ステージは前記粗動ステージに対して６自由度方向に駆動可能である請求項１記載のステージ装置。
【請求項３】
前記粗動ステージに対する前記自由度方向の少なくとも一つの方向における制御のために前記微動ステージを前記粗動ステージに結合する少なくとも１個の電磁アクチュエータを更に含む請求項１又は２記載のステージ装置。
【請求項４】
前記少なくとも１個の電磁アクチュエータは前記微動ステージの単一側に配置されている請求項３記載のステージ装置。
【請求項５】
前記少なくとも１個の電磁アクチュエータは、前記粗動ステージに対する前記自由度方向の少なくとも一つの方向における制御のために前記微動ステージを前記粗動ステージに結合する３個の電磁アクチュエータを含む請求項３又は４記載のステージ装置。
【請求項６】
前記少なくとも１個の電磁アクチュエータは、前記微動ステージと前記粗動ステージとを相互結合し、かつ前記微動ステージを３自由度方向に制御するために駆動可能な３個の電磁アクチュエータを含む請求項３〜５のいずれか一項記載のステージ装置。
【請求項７】
前記少なくとも１個の電磁アクチュエータは可変リラクタンスアクチュエータを含む請求項３〜６のいずれか一項記載のステージ装置。
【請求項８】
前記少なくとも１個の電磁アクチュエータは、ＶＣＭを含む請求項３〜７のいずれか一項記載のステージ装置。
【請求項９】
前記少なくとも１個の電磁アクチュエータは、前記微動ステージを前記粗動ステージの上方に浮上させる請求項３〜８のいずれか一項記載のステージ装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１個の電磁アクチュエータとは別に、前記微動ステージを前記粗動ステージの上方に浮上させる少なくとも一つの非接触垂直支持部材を更に含んでいる請求項３〜９のいずれか一項記載のステージ装置。
【請求項１１】
前記粗動ステージ上に配置され、前記粗動ステージを基準として少なくとも３自由度方向に、かつ他の微動ステージと独立して駆動可能である第二の微動ステージを更に含む請求項１に記載のステージ装置。
【請求項１２】
前記粗動ステージに対する前記少なくとも３自由度方向の少なくとも一つの方向に、前記微動ステージを前記粗動ステージに対して駆動し、かつ、前記粗動ステージに接続された第１部材と、前記微動ステージに接続されて前記第１部材との間で駆動力を発生させる第２部材と、を有する少なくとも１個の電磁アクチュエータをさらに含み、
前記平面モータは、上部を前記粗動ステージが移動する平面を有し、第３部材が設けられたベース部と、前記第３部材との間で駆動力を発生させ、前記粗動ステージに接続された第４部材と、を有する請求項１記載のステージ装置。
【請求項１３】
前記平面モータは、それぞれ独立した磁場を有する磁石を持った平面内に配された平面磁石アレーと、該平面磁石アレーに近接して配置された平面コイルアレーとを含み、前記磁石アレー及びコイルアレーの一方が固定され他方が該一方に対して移動可能となっている請求項１２記載のステージ装置。
【請求項１４】
前記磁石アレーが固定され、かつ前記コイルアレーが前記磁石アレーに対して移動可能となっている請求項１３記載のステージ装置。
【請求項１５】
前記コイルアレーが固定され、かつ前記磁石アレーが前記コイルアレーに対して移動可能となっている請求項１３記載のステージ装置。
【請求項１６】
放射エネルギーを放射する照明系と、
前記放射エネルギーに対する６自由度方向に駆動可能な平面モータを含む粗動ステージと、
前記粗動ステージに搭載され、前記粗動ステージに対して少なくとも３自由度方向に駆動可能な微動ステージと、を含むリソグラフィーシステム。
【請求項１７】
平面モータを用いてステージを６自由度方向に粗位置決めすることと、
前記粗位置決めを基準として少なくとも３自由度方向に前記ステージを微位置決めすることと、を含む位置決め方法。
【請求項１８】
前記微位置決めすることは、前記粗位置決めを基準として６自由度方向に位置決めすることを含む請求項１７記載の位置決め方法。
【請求項１９】
平面モータにより二つのステージを互いに独立してそれぞれ６自由度方向に粗位置決めすることと、
前記粗位置決めを基準として前記二つのステージを互いに独立してそれぞれ少なくとも３自由度方向に前記ステージを微位置決めすることと、を含む位置決め方法。
【請求項２０】
前記微位置決めすることは、前記粗位置決めを基準として６自由度方向に位置決めすることを含む請求項１９記載の位置決め方法。
【請求項２１】
平面モータを用いて粗動ステージを６自由度方向に駆動することと、
前記粗動ステージ上に配置された微動ステージを、前記粗動ステージに対して少なくとも３自由度方向に駆動することと、を含むステージ装置の駆動方向。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、他への適用も出来るが、特にマイクロリソグラフィーに使用するための、位置合わせと分離の装置及び方法に関するものである。より詳細には、本発明は、ステージの粗い位置決めのための二次元モータを少なくとも有する装置と、少なくとも３自由度方向に微小位置合わせするためのステージの効率的な支持とに係る。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロリソグラフィー等の半導体製造工程での応用を含む、多くの応用分野において、物体を精密に位置決めすることが要求されている。マイクロプロセッサーの処理速度がより速くなり、その処理能力がより強化されるのに伴って、ますます多くの数のトランジスターを半導体チップ上に配置することが要請されてきている。これに対応するためにはトランジスター及びトランジスターを相互接続する回路をより密に配置する必要があるが、このことは、チップ上に回路をより精密に配置するための方法が要求されていることを意味している。従って、マイクロリソグラフィー工程での基板の、より精密な、位置決め及び位置保持が要求されている。
【０００３】
ワークピースの、微小位置決め及び移動制御の向上を目指して、様々なシステムが設計されている。半導体研究振興会に譲渡されている英国特許明細書第1,424,413号には、撓み部によって支持され、電磁力によって駆動されるステージが複数記載されている。長島を発明者とする米国特許第3,935,468号には、電磁力アクチュエータを用いて制御されるステージが記載されている。この特許の場合には、ステージは６自由度（DOF）方向に関して撓み支承構造上に支持されており、電磁力アクチュエータを用いてステージの位置が調整される構成となっている。これらの両設計では、ステージの６DOF方向の運動を拘束するために撓み支承部が用いられいる。電磁力アクチュエータは力を供給するのみであって、ステージの総ての運動方向を制御するために用いられている訳ではない。また、リニアーモータ駆動の粗動ステージを具備することに関する記載は全くない。
【０００４】
理想的には、ステージの支承部は、ステージの位置が不変となるべき方向においては無限大の剛性を持ち、ステージの移動すべき方向においては剛性が零となっているべきである。撓み支承構造はこの理想からは極めて遠く、一般に、その剛性比（不変となるべき方向の剛性と移動すべき方向の剛性との比）は僅か100:1程度であり、1000:1程度までは実現可能と考えられるが、後者の剛性比を実現するためのコストは非現実的なものとなると言える。ところが、実際には、更にずっと大きな剛性比が望まれている。
【０００５】
Galburt発明の米国特許第4,952,858号は、電磁ボイスコイルモータによって６自由度方向の支持及び位置決めがなされるウエハ微動ステージを記載している。このウエハ微動ステージの動きはボイスコイルモータによって完全に拘束されており、撓み支承部を全く使用しない設計となっている。しかしながら、ボイスコイルモータには、所望の力を発生するために比較的大きな電力を供給する必要がある。このボイスコイルモータの高電力仕様のために発生した熱が雰囲気屈折率の変化を引き起こして、干渉計システムの誤差を惹起することがある。更には、熱の発生によってステージが膨張して、位置合わせ及び制御上の更なる誤差が起こり得る。また、米国特許第4,952,858号には、微動ステージの重量と平衡させるために永久磁石を使用することが開示されている。この平衡力は、ステージ位置の非線形関数であり、従って、正確に制御するのは非常に難しい。
【０００６】
Trumper発明の米国特許第5,157,296号及び第5,294,854号には、ウエハ微動ステージの支承システムが記載されている。このシステムには、６DOF方向の支承部として動作する、電磁アクチュエータが含まれている。これらの特許には、この支承部の制御手段と、対向する永久磁石又はステージが浮かされる重油を用いてステージの重量を平衡させるための装置とが記載されている。米国特許第5,157,296号及び第5,294,854号においても、撓み支承部は使用されていない。安定した制御を実現するために、これらのTrumper特許の電磁アクチュエータは対となってステージの対向する側に配設されている。従って、これらの電磁ペアーから供給される総ての力は、ステージ内に伝わり、その結果、ステージが変形することがあり得る。
【０００７】
Trumper特許における平衡力の供給は、永久磁石によって又は油中にステージを浮かせることによってなされる。Galburt特許に関して前記したように、永久磁石を使うと、非線形力曲線、従って対応する制御問題が生ずる。油中にステージを浮かせる場合には、半導体プロセスで通常用いられるクリーンルーム環境に対して油が重大な影響を与えるという問題がある。
【０００８】
Lee発明の米国特許第5,528,118号には、マイクロリソグラフィーシステムにおいてウエハを位置合わせするためのガイドレスステージと、外部からの振動も物体ステージからの反力によって引き起こされる振動も分離するリアクションフレームとが記載されている。
【０００９】
Novakら発明の米国特許第5,623,853号には、リソグラフィー装置用のウエハの粗動及び微動ステージが記載されている。この粗動ステージはリニアーモータ駆動のエアーベアリングスライダを積み重ねた方式のものである。微動ステージはボイスコイルモータを用いて３DOF方向に駆動されている。この微動ステージの残りのDOFは、撓み支承部を用いて拘束されている。この３平面内自由度のための撓み支承部の使用により、撓み支承部の当該平面内での剛性には限界があるので、ステージのサーボ帯域幅が制限されている。加えて、この平面から外れたときの撓み支承部の有限剛性によって、ステージが平面を外れたときの運動が歪むことになる。
【００１０】
優れた微動ステージ設計を提供するための前記試みに加えて、当該分野における位置決め装置を駆動するために用いる平面モータを提供するための様々な試みもなされてきている。平面モータ分野での開示には、Hindsの米国特許第3,851,196号、Hindsの米国特許第4,654,571号、Trumperの米国特許第5,196,745号、Chitayatの米国特許第5,334,892号等がある。これらの特許に記載されている平面モータには顕著な限界がある。例えば、Hinds ‘196特許の平面モータでは、その固定磁石アレーの各部が単一方向の力のみしか発生できないので、モータの運動範囲は制限されている。このモータでは従って、各コイルアレーは常に、対応する磁石アレーの上方に位置していなければならないことになる。このことから、アクチュエータの大きさに依存した限定された運動範囲となってしまうことになる。また、これらのコイル及び磁石は鉄心構造であるので、かなり大きな引力と力のリップルとを発生する。このことから、浮上力がこれらのコイル及び磁石間の引力に打ち勝つことができないので、６自由度方向運動をさせることはできないことになる。また、これらの試みのいずれにおいても、平面モータ粗動ステージと協働する微動ステージが組み合わせられてもいないし、組み合わせることの示唆もない。
【００１１】
Hinds ‘571特許の難点は、その設計がコンパクトでないことである。ステージの移動部の底面の大部分は、エアーベアリングパッドやその他の部品で覆われている。コイルで覆われているのはステージの小さな部分のみである。更には、コイルの設計は、力を発生するための最も効率の良い設計とはなっていない。最大でも50％のコイルのみが力発生に寄与可能であるからである。加えて、ステージに向かう多数のホースやケーブルが配される設計となっていて、大きなバイアス力を生んでいる。また、この設計では、６自由度運動をさせるための力が発生するようにはなっていない。
【００１２】
Trumper特許には、６自由度ステージの設計が幾つか開示されている。この発明では伝統的なコイルが用いられている。各コイルアレーは、対応するリニアー磁石アレーの上方に位置していなければならない。このことから、ステージの大きさによって、その運動範囲が制限されてしまうことになる。
【００１３】
Chitayat特許には、大きな運動範囲を持つことはできるが、その運動が一平面内の並進と回転とに限定されている平面モータの設計が幾つか開示されている。従って、このChitayat特許のモータは６自由度の運動はできない。
【００１４】
Kim及びTrumperは、「High-Precision Magnetic Levitation Stage for Photolithography」（American Society for Precision Engineering, 1997 Proceedings, Volume 16, pp. 470-473）において、４個のリニアーモータが浮上力と駆動力とを与える磁気浮上ウエハステッパーステージに使用するための永久磁石リニアーモータを開示している。
【００１５】
Holmesらは、「A Long Range Scanning Stage」（American Society for Precision Engineering, 1997 Proceedings, Volume 16, pp. 474-477）において、X-Y平面内で２５mm x ２５mmの移動可能域を持ち、垂直方向に１００μmの移動域を持つ長移動量走査ステージを開示している。
【００１６】
Kim及びTrumperは、「Precision Control of Planar Magnetic Levitator」（American Society for Precision Engineering, 1998 Proceedings, Volume 18, pp. 606-609）において、６自由度方向の精密運動制御が可能なステージを開示している。ここでの鍵となる要素は、非接触で浮上力及び並進力を生むことができるリニアーモータである。
【００１７】
浅川の米国特許第4,555,650号には、半導体製造装置用の位置決め装置に使用するための二次元駆動装置が開示されている。ここでは、一平面内に複数の磁場を二次元アレー状に配置することによって、一つの磁場グループが形成されている。そして、直交する二方向のそれぞれの方向に駆動力を発生するように、少なくとも二つのコイルが異なった向きで配設されている。浅川の米国特許第4,535,278号にも、適切な向きに配設されたコイルと相互作用する平面磁場アレーを用いることによって「精密」に位置決めするための二次元駆動の構成が記載されている。これらの特許に開示されている装置の位置決めの自由度は２を超え得ないので、位置決め装置のよりきめ細かい制御が必要となる。
【００１８】
Sawyerの米国再発行特許第Re. 4,555,650号には、曲線を描画するために一平面上でマーキングツールを動かすための磁気システムが開示されている。Sawyerの米国再発行特許第Re. 27,436号には、図化機を駆動するための二軸磁気システムが開示されている。これらのSawyer再発行特許は、半導体位置決めの分野を対象としていないのみならず、２自由度方向のみに沿っての位置決めに限定されている。更に、装置の駆動に可変リラクタンス方式を用いており、従って、突出力が発生して、精度が余り良くない。
【００１９】
Trostらの米国特許第4,506,205号には、マイクロリソグラフィーシステムでのウエハの位置合わせに用いるための電磁位置合わせ装置が開示されている。この装置には、３個又は４個以上の離間した固定磁石が含まれていて、これらが３個又は４個以上の離間したコイル組品と相互作用して位置決めが行われるようになっている。その結果、この構造は３自由度方向に選択的に駆動可能となっている。
【００２０】
Siddallの米国特許第4,694,477号には、エックス線リソグラフィーのマスクを微小位置決めするための装置が開示されており、この装置には、ステージプレートをX-Y面内で移動させるために３個の圧電変換器が設けられており、また、３個の撓み支承組品が該ステージプレートを支持し、Ｚ軸方向に沿って動かす構成となっている。前述したように、撓み支承部の使用により、撓み支承部の当該平面内での剛性に限界があるので、ステージのサーボ帯域幅が制限されている。更に、この平面から外れたときの撓み支承部の有限剛性によって、ステージが平面を外れたときの運動が歪むことになる。
【００２１】
Reedsの米国特許第4,694,477号には、マスクに対して半導体ウエハを高速ステップアンドリピート方式で位置合わせするための６自由度位置決めステージが開示されている。このステージでは、第一のプレートをＸ方向に動かすためにそのプレートにリニアーベアリングが設けられており、このサブステージは更に、他のリニアーベアリングの組の上に載ってＹ方向に動く中間ステージの上に載っている。そして、このＸ−Ｙステージ全体は回転ステージ台に載っている。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
先行技術がなし得ていない要求される解決課題は、微動ステージを支持する支承・駆動部の剛特性を向上させることによって、微動ステージのより高い機械的帯域幅が得られた改良されたステージ位置決め装置を実現することにある。この課題の解決がなされれば、関連して生ずる利点のひとつとして、Ｘ又はＹ軸加速力とＺ軸運動との相互結合が除去される。微動ステージを支持する支承部をフィードフォワード駆動することによって、微動ステージに対する制御能力を向上させるようにすることができるという利点もある。他の要求される解決課題は、複雑さを低減させて、微動ステージが載る粗動ステージの性能向上を行うことである。平面モータは少なくとも二つの方向の運動と力を生成することができるので、積み重ね方式のＸ−Ｙステージとする必要がなくなる。これによって、機械的な複雑さ従って粗動ステージの重量が減り、積み重ね方式でのステージ間の繋ぎ部がなくなって剛性が増加し、これらの効果の総ては、装置の動特性の向上を生むことになる。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、少なくとも２自由度方向に駆動可能な平面モータを含む粗動ステージを有する位置決めステージ組品が提供される。この粗動ステージ上に微動ステージが配置され、この微動ステージは、前記粗動ステージを基準として少なくとも３自由度方向に、好ましくは６自由度方向に、駆動可能である。
【００２４】
前記粗動ステージを基準とする前記自由度方向の少なくとも一つの方向における制御のために、少なくとも１個の電磁アクチュエータ対が前記微動ステージを前記粗動ステージに結合するようにすることができる。少なくとも一つの実施例においては、前記対の両アクチュエータは前記微動ステージの単一側の近傍に配置される。前記対の両アクチュエータを互いに近接対向して前記粗動ステージに取り付け、対応するターゲット対を互いに近接して、かつ前記取り付けられた電磁アクチュエータによって決まる予め定められた間隙内で、前記微動ステージに取り付けるようにすることができる。好ましくは、前記対応するターゲット対は、前記微動ステージの周辺部に取り付けられる。
【００２５】
前記粗動ステージを基準とする３自由度方向における制御のため前記微動ステージを前記粗動ステージに結合するために３個の電磁アクチュエータ対を設けることができる。この３個の対のうちの２個を第一の方向に対して実質的に平行にし、前記電磁アクチュエータ対の３個の対のうちの第三の対を前記第一の方向に対して実質的に直行する第二の方向に平行にすることができる。前記第一及び第二の方向は前記微動ステージが実質的に存在する面内にあることが好ましい。
【００２６】
前記電磁アクチュエータは、可変リラクタンスアクチュエータで構成することができる。前記微動ステージを更なる３自由度方向において制御するために、前記微動ステージと前記粗動ステージとの間に更なる３個の電磁アクチュエータを配置することができる。この更なる電磁アクチュエータは、ボイスコイルモータ（VCM）で構成することができる。更には、前記微動ステージと前記粗動ステージとの間に、補助の垂直支持部、好ましくは空気ベローズを配置することができる。他のタイプの非接触型垂直支持部材によって前記微動ステージを前記粗動ステージの上方に浮上させるようにしてもよい。一つの好適な構成として、前記微動ステージを３垂直自由度方向に制御するための３個の非接触型垂直支持部材を用いることができる。VCM以外にも様々なアクチュエータを用いることができる。
【００２７】
加えて、第一及び第二の微動ステージを第一及び第二の粗動ステージ上に配置し、それら第一及び第二の微動ステージはそれぞれの粗動ステージを基準として少なくとも３自由度方向に、互いに独立して駆動可能となっている構成の位置決めステージが提供される。
【００２８】
本発明で使用される平面モータは、好ましくは少なくとも３自由度方向に駆動可能であり、６自由度方向に駆動可能とすることもできる。この平面モータは平面内に配された平面磁石アレーを含み、これらの磁石は独立した磁場を有している。この平面磁石アレーに近接して平面コイルアレーが配置され、これらの磁石アレー及びコイルアレーの一方が固定され他方がその一方に対して移動可能な構成となっている。
【００２９】
前記位置決めステージ組品において、前記磁石アレーが固定され、この磁石アレーに対して前記コイルアレーが移動可能となる構成とすることができる。この場合には、このコイルアレーは前記微動ステージに固定即ち取り付けられ、このコイルアレーの動きによって前記微動ステージの粗位置決めが行われる。
【００３０】
逆に、前記コイルアレーが固定され、このコイルアレーに対して前記磁石アレーが移動可能となる構成とすることもできる。この場合には、この磁石アレーは前記微動ステージに固定即ち取り付けられ、この磁石アレーの動きによって前記微動ステージの粗位置決めが行われる。
【００３１】
フレームと、このフレームに搭載された照明系と、前記フレームに搭載され、少なくとも２自由度方向に駆動可能な平面モータを含む粗動ステージと、この粗動ステージに搭載され、前記粗動ステージを基準として少なくとも３自由度方向に駆動可能な微動ステージとを含むリソグラフィーシステムが開示される。前記微動ステージは前記粗動ステージを基準として６自由度方向に駆動可能であるのが好ましい。
【００３２】
前記粗動ステージを基準とする前記自由度方向の少なくとも一つの方向における制御のために、少なくとも１個の電磁アクチュエータ対が前記微動ステージを前記粗動ステージに結合するようにすることができる。前記電磁アクチュエータ対の両アクチュエータは前記微動ステージの単一側の近傍に配置される。前記対の両アクチュエータを互いに近接対向して前記粗動ステージに取り付け、対応するターゲット対を互いに近接して、かつ前記取り付けられた電磁アクチュエータによって決まる予め定められた間隙内で、前記微動ステージに取り付けるようにすることができる。
【００３３】
前記リソグラフィーシステムは更に、前記照明系と微動ステージとの間に配置されたマスクパターンと、このマスクパターンと前記微動ステージとの間に配置されたレンズ系とを含んでいる。
【００３４】
前記粗動ステージを基準とする３自由度方向における制御のため前記微動ステージを前記粗動ステージに結合するために３個の電磁アクチュエータ対を設けることができる。この３個の電磁アクチュエータ対のうちの2個を第一の方向に対して実質的に平行にし、前記３個の対のうちの第三の対を前記第一の方向に対して実質的に直行する第二の方向に平行にすることが好ましい。前記第一及び第二の方向は前記微動ステージが実質的に存在する面内にあることが好ましい。前記電磁アクチュエータは、可変リラクタンスアクチュエータで構成することが好ましい。
【００３５】
前記微動ステージを更なる３自由度方向において制御するために、前記微動ステージと前記粗動ステージとの間に更なる３個の電磁アクチュエータを配置することができる。この更なる電磁アクチュエータは、VCMで構成することができる。更には、前記微動ステージと前記粗動ステージとの間に、補助の垂直支持部を配置することができる。
【００３６】
少なくとも２自由度方向にステージを粗位置決めするステップであって、その粗位置決めは平面モータによって駆動されるステップと、この粗位置決めを基準として少なくとも３自由度方向に前記ステージを微位置決めするステップとを含むステージの精密位置決め方法が開示される。前記粗位置決めは少なくとも３自由度方向に位置決めするようにするのが好ましい。この前記粗位置決めは６自由度方向に位置決めするようにすることもできる。
【００３７】
前記微位置決めは、前記粗位置決めを基準として６自由度方向に位置決めするようにするのが好ましい。前記ステージを同一位置において反対方向に動かすための対向する力を、前記ステージを第一の方向に動かす引力がこの第一の方向と逆の第二の方向に動かす押力と同じ前記ステージの側において入力されるように、入力することができる。この力はドライバーによって、前記ステージとの物理的接触が全くない磁気的駆動力として、入力されるのが好ましい。
【００３８】
前記微動ステージ上に三つの入力位置を、各位置において前記ステージを第一の方向に動かす引力がこの第一の方向と逆の第二の方向に動かす押力と同じ前記微動ステージの側において入力されるように、配するようにすることができる。前記微動ステージと前記粗動ステージのベースとの間で物理的接触が全く起きずに前記微動ステージの位置決め運動が行われるように、前記微動ステージは前記粗動ステージに対して浮上させられているのが好ましい。この浮上は、前記粗動ステージに対して前記微動ステージを電磁的なバイアスをかけることによってなすのが好ましい。
【００３９】
前記微位置決めは、可変リラクタンスアクチュエータによって少なくとも３自由度方向に制御運動を駆動するようにするのが好ましい。更なる３自由度方向での前記ステージの微制御を、VCMを用いて行うようにすることができる。
【００４０】
更に、二つのステージを精密に位置決めするための方法は、二つのステージを互いに独立してそれぞれ少なくとも2自由度方向に粗位置決めするステップであって、その粗位置決めは平面モータによって駆動されるステップと、この粗位置決めを基準として前記二つのステージを互いに独立してそれぞれ少なくとも３自由度方向に前記ステージを微位置決めするステップとを含む。前記粗位置決めは少なくとも３自由度方向に位置決めするようにするのが好ましく、また、６自由度方向に位置決めするようにすることもできる。前記微位置決めは、前記粗位置決めを基準として６自由度方向に位置決めするようにするのが好ましい。
【００４１】
以上及びその他の特徴は、以下の詳細例においてより十分に記載される。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下は、本発明の実施形態例の詳細な記述である。本発明のこれらの実施例は前記図面に則して記載されているが、記載された方法及び／又は具体的な構造に対する様々な変更又は改造は当業者にとって明らかなものとなるであろう。本発明の教示に基づき、その教示が当該技術を発展させたことを通じてなされる、そのような変更、改造、又は変種の総ては、本発明の範囲にあるものと考えられる。従って、これらの記載や図面は限定的な意味で理解されるべきではなく、本発明は決して例示した実施例に限定されるものではない。
【００４３】
本発明による位置決めステージシステムを好適に使用するための背景として、フォトリソグラフィー装置について簡単に下記する。図１は、平面型モータを備えた粗動ステージによって少なくとも２自由度方向に駆動され、かつ、その粗動ステージに載った微動ステージによって更に制御されて少なくとも３自由度方向に位置決め可能な、ウエハ位置決めステージシステム1を具備したフォトリソグラフィー装置1000の概略図である。フォトリソグラフィー装置1000は一般に、放射エネルギー（即ち、光）をマスクパターン（即ち、半導体素子の回路パターン）を介して、ステージ1010によって支持され走査されるレチクル1006上に投影する。レチクルステージ1010はフレーム1032によって支持されている。前記放射エネルギーはフレーム1026によって支持されたレンズ系1004を通してフォーカスされ、また、フレーム1026は支柱1028を介して地面に固定されている。レンズ系1004は又、フレーム1026、1030、1032、及び1034を介して、照明系1002に接続されている。前記放射エネルギーはウエハ1008上のレジスト層上に前記マスクパターンを露光する。
【００４４】
ウエハ1008はウエハ位置決めステージシステム1によって支持され、走査される。微動ステージ11の移動範囲は限られており、Ｘ方向、Ｙ方向共に、最大ストローク約400ミクロンである。微動ステージ11自体は、下部即ち粗動ステージ111に支持されている（図２及び１０）。この下部ステージ111は遥かに大きなストロークを有していて、粗位置決めのために使用される。
【００４５】
図２に示されているように、ウエハ位置決めステージシステム1は、平面ベース112、112’を持ちその上を可動部114、114’が並進する平面モータを備えた下部ステージ111によって粗位置決めされる微動ステージ11を具備している。この微動ステージ11が下部ステージ111の平面ベース112内の磁石アレーの上を並進する構成のときには、コイル配列114上に微動ステージ11が配置される。逆に、微動ステージ11が下部ステージ111の平面ベース112内のコイルアレーの上を並進する構成のときには、磁石配列114’に微動ステージ11が配置される。
【００４６】
Ｘ、Ｙ、及びθ−Ｚ（Ｘ−Ｙ平面内の回転）方向の微小精密移動のために、微動ステージ11は前記平面モータの可動部114、114’を介して下部ステージ111と接続している（図２）。精密位置決めのために、微動ステージ11はウエハ搭載可能なウエハチャック2を備えている（図３）。ミラー4が微動ステージ11上に載置されていて、各ミラーは、Ｘ軸、Ｙ軸とそれぞれ平行となっている。ミラー4は、レーザ干渉計システム（不図示）を用いて微動ステージ11の精密なＸ−Ｙ位置を決定するためのレーザ光が反射する反射参照面を提供している。
【００４７】
前記微動ステージの平面内３自由度、即ちＸ、Ｙ、及びθ−Ｚ方向の位置は、下部ステージ111（即ち、前記平面モータの可動部114、114’）に取り付けられた３個の電磁石対6を用いて動かされる。電磁石6は、ケイ素鋼又は好ましくはNi−Fe鋼を積層したE型のコアとし、その中心部に巻き線を施したものが好ましい。電磁ターゲット8はそれぞれ、好ましくはI型をした、好ましくは対応する積層したE型のコアに使用したのと同一の単一又は複数の材料からなる磁性材片であり、電磁石6に対向して配置されている。電磁石6とターゲット8との各ペアにおいては、電磁石6とターゲット8とは空隙g（これは非常に小さいので図では見難い）分だけ離れている。この電磁石6は可変リラクタンスアクチュエータであり、そのリラクタンスは空隙gによって決まる距離に依存して変化し、当然、磁束及びターゲット8に作用する力を変化させる。前記電磁石とターゲットとの引力は次式によって決まる。
F=K(i/g)2
但し、Fは単位をニュートンとする前記引力であり、Kは前記「E型」電磁石6及び「I型」ターゲット8の形状と前記磁石に関するコイル巻回数とに依存する電磁定数であり、Ｋ＝1/2Ｎ2μ0ｗｄとなる。但し、NはE型磁石コア8のコイル巻回数、μ0は約1.26x10-6H/mの物理定数、wはE型磁石コア8の中心部のメートルを単位とする半幅、dはE型磁石コア8の中心部のメートルを単位とする厚さである。或る好ましくは実施例では、K=7.73x10-6kgm3/s2A2となる。iはアンペアを単位とする電流であり、gはメートルを単位とする前記空隙距離である。
【００４８】
電磁石のコイルが通電されると、前記式に従ったターゲット8に対する引力を生む磁束を電磁石6が発生し、電磁石6はリニアーアクチュエータとして機能する。電磁石6はターゲット8を引くことしかできないので、反対方向に引く対として組み合わせなければならない。ターゲット8は、下部ステージ111に対して可動な微動ステージ11に固定されている。電磁石6の対向する対は、（微動ステージ11の制御運動に対しては）相対的に非可動な下部ステージ部114、114’（前記平面モータの可動部）に、ターゲット8を挟んで対向するように、固定されている。従って、前記対の一方のコイルに流れる電流を、前記対の他方のコイルに流れる電流より大きくすることによって、前記ターゲットを一方向或いはその逆方向に引く差分力を発生させることができる。
【００４９】
前記電磁石のターゲット8は、対向する電磁石6の対の両引力が微動ステージ11を歪ませないように、微動ステージ11に取り付けられる。このため、対向する一対の電磁石6用のターゲット8を互いに極めて近接させて、好ましくは微動ステージ11の周辺部に、取り付ける構成とすることによって実現するのが好ましい。好ましくは、前記微動ステージを構成する材料と同じ材料、好ましくは例えば炭化珪素、アルミナ等のセラミックス材料によって作られた薄い脇板部材9を前記微動ステージの周辺部から張り出させて、各ターゲット8の取り付け部とすることもできる。この脇板部材に関する更なる説明が、「Wafer Stage With Magnetic Bearings」と題する、本出願と同一日に出願され弁護士整理番号371922002600が付された、同一出願人の同時係属出願中に開示されている。この「Wafer Stage With Magnetic Bearings」と題し、弁護士整理番号371922002600が付された出願の総ての内容は、本出願に引用されて含まれるものである。対向する電磁石6は下部ステージ111に、電磁石6の間に脇板部材9及びターゲット8が配置されたときに予め定められた空隙gが各電磁石6とターゲット8との間に形成されるように、予め定められた距離を置いて取り付けられる。この配置によって、電磁石6とターゲット8の各対から発生する力の和から出てくる合力のみが、脇板部材9を通じて伝達されて、微動ステージ11に作用することになる。このようにして、前記ステージの対向方向に逆向きの力が作用せず、ステージの対向方向に逆向きの力が作用するようなタイプの構成に起因するステージ歪み問題が避けられる。
【００５０】
図３には、電磁石6とターゲット8の一つの好ましい配置が示されており、この配置においては対向する一つの対が、その発生する引力の方向がステージのＸ方向と実質的に平行になるように取り付けられている。また、対向する二つの対が、その各対からの引力の方向がステージのＹ方向と実質的に平行に発生するように取り付けられている。この配置によって、微動ステージ11の３自由度方向の制御、即ちＸ、Ｙ、及びθ−Ｚ方向の微小移動が実現できる。勿論、対向する二つの対をＸ方向と平行に取り付け、対向する一つの対をＹ方向と平行に取り付けて、図示された前記の好ましい配置と同等に機能させることもできる。これら以外の配置も可能であるが、前記の好ましい配置によれば、前記の必要な制御自由度を確保するためのアクチュエータや支承部の数を最小とすることができる。
【００５１】
通常、アクチュエータの力線が前記ステージの重心（CG）を通るように配置される。前記の二つのＹアクチュエータは通常、このCGから等距離に置かれる。
【００５２】
前記の単一の電磁石6の対を駆動することによって、Ｘ方向の正負いずれの方向においても、微小移動を実現できる。Ｙ軸に沿って配置された前記二つの電磁石対を駆動することによって、Ｙ方向の正負いずれの方向においての、又は、Ｘ−Ｙ平面内における（時計方向又は反時計方向の）回転（即ちθ−Ｚ制御）においての、微動ステージ11の微小移動を制御することができる。Ｙ軸移動は、実質的に等しく同一方向に向いた両対からの二つの力の合力によって実現される。θ−Ｚ移動は一般に、前記電磁石の二つの対から互いに反対方向の力を発生させることによって実現されるが、同方向の異なった力によってもある程度のθ−Ｚ調整をすることが可能である。
【００５３】
前記平面内３自由度方向にある下部ステージ部114、114’と、微動ステージ11との間の間隔は、三つの短レンジセンサー10によって計測される。微動ステージ11は又、３垂直自由度方向、即ちＺ、θ−Ｘ、及びθ−Ｙ方向に関して浮上されている。この３垂直自由度方向の制御は、動的性能がより低くてもよく（例えば、要求される加速性能は比較的低い）、従ってその制御は比較的に実現しやすいので、前述のＸ、Ｙ、及びθ−Ｚの自由度に関してより、より小さい力で制御することができる。従って前記垂直方向の浮上については、下部ステージ部114、114’に取り付けられた３個のVCM（ボイスコイルモータ）磁石12と微動ステージ11に取り付けられた３個のVCMコイル14とを使用することで十分である。前記３垂直自由度方向における相対位置は三つのリニアーセンサー16を使用して計測される。VCMコイル14の過熱防止のため、微動ステージ11の死荷重（デッドウエイト）は空気ベローズ20によって支えられている。３個の空気ベローズを用いて、それぞれ各VCMの近傍に配置するのが好ましい。ベローズ20は総ての自由度方向に関してその剛性が極めて低いので、微動ステージ11の制御に大きな悪影響を与えることはない。
【００５４】
上述した、図３に示されている、微動ステージ11の実施例は、最大の帯域幅が得られるという利点において好ましいものであるが、前記し下記する平面モータ下部ステージの任意のものと組み合わせた他の構成においても、上述したように剛性の点で利点があり、性能向上が出来ると同時に前記粗動ステージの複雑性が低減される。例えば、平面モータ駆動の下部ステージと好適に組み合わせられる、６自由度方向制御可能な微動ステージの他のタイプには、ボイスコイルモータ駆動のステージ、撓み支承部によって支持され電磁力アクチュエータによって駆動されるステージ、永久磁石及び／又はエアーベアリングを使用したステージ、及びこれらを組み合わせたものが含まれる。３自由度方向のみに制御可能なステージであっても、本発明による下部ステージと組み合わせれば或る程度の利点が生ずる。
【００５５】
図４は、本発明の下部ステージ111に使用される移動コイル平面モータの一例を略示した等角図である。この例の平面型モータは３個のコイル304、305、及び307を含んでいる。複数の磁石311を持つ平面磁石アレー303が固定ベース112’上に設けられている。単一のＸコイル307及び２個のＹコイル304及び305が、微動ステージ11の底面に取り付けられており、従ってこの平面モータの可動部114’内に含まれている。微動ステージ11（図中破線部）は、平面磁石アレー303の上方かつこれと平行に浮上している。Ｙコイル304と305とは互いに同様の構造をなしていて、実質的にＹ方向の力を供給するような向きのコイル線を有している。Ｘコイル307とＹコイル304、305とは同様の構造を持っているが、Ｘコイル307は、前記Ｙ方向に対して直交するＸ方向に実質的に向かう力を供給するような向きのコイル線を有している。
【００５６】
磁石アレー303を基準として前記Ｘ方向の力を微動ステージ11に供給するために、２相、３相、又は多相の交番電流が、交番回路電流源327によって伝統的な手法で、Ｘコイル307に供給される。前記Ｙ方向の力を微動ステージ11に供給するために、２相、３相、又は多相の交番電流が、Ｙコイル304及び305のいずれか一方又は双方に、それぞれの交番回路電流源324及び/又は325によって伝統的な手法で、供給される。Ｘ、Ｙ軸と平行な水平面内における、磁石アレー303を基準とした回転トルクを微動ステージ11のフレームに供給するために、Ｙコイル304及び305のいずれか一方に対してのみに個別に、それぞれの整流回路電流源324又は325によって、交番電流が供給される。Ｙコイル304及び305の双方に対して、それぞれの交番回路電流源324及び325によって、同時にではあるが逆極性で電流を供給し、Ｙコイル304及び305の一方に対しては或る方向のＹ方向の力を与え、他方に対してはこれとは逆方向のＹ方向の力を与えることによって、ＸＹ平面に対して垂直な軸回りのトルクを発生させるようにすることがもできる。このトルクによって、通常、微動ステージ11のフレームがＸＹ平面内で回転する。
【００５７】
微動ステージ11のフレームの質量中心と幾何中心とがずれている場合には、このトルクによって微動ステージ11のフレームを並進させるようにすることもできる。
【００５８】
交番回路電流源324、325、及び327は、平面モータ300の動作を指令するロジック信号を供給する伝統的なモータ制御モジュール330によって制御される。モータコイル304、305、及び307と、それぞれに対応する交番回路電流源324、325、及び327とを結ぶ各連結線は、複数の電線からなっており、これらの電線は各コイル相に選択的に電流を供給する。
【００５９】
図５は、本発明の下部ステージ111用の移動コイル平面モータ構成の他の例を略示した等角図であり、ここでは、可動部114’は４個のコイルを持っており、この４個のコイルは２個一対となった２組によって構成されている。複数の磁石411を持つ平面磁石アレー403が下部ステージ111のベース112’上に設けられている。図示されているように、磁石411は、図６と関連して後に詳述するように、チェッカー盤状に配列されている。Ｘコイル407及び408とＹコイル404及び405とが、微動ステージ11（図中破線部）のフレームの底面に取り付けられている。コイル404、405、407、及び408は互いに同様の構造をなしているが、異なった方向を向いている。Ｙコイル404及び405は、それらのコイル線がＹ方向と直交するような向きとなっている。Ｘコイル407及び408は、それらの各コイル線がＸ方向と直交するような向きとなっている。
【００６０】
磁石アレー403を基準として前記Ｘ方向に微動ステージ11を動かすために、２相、３相、又は多相の交番電流が、Ｘコイル407及び408に、それぞれの交番回路電流源427及び428によって伝統的な手法で、供給される。前記Ｙ方向に微動ステージ11を動かすために、２相、３相、又は多相の交番電流が、Ｙコイル404及び405のいずれか一方又は双方に、それぞれの交番回路電流源424及び425によって伝統的な手法で、供給される。微動ステージ11のフレームをＸＹ水平平面内で回転させるために、適切に交番された、必要な極性の電流が、コイル404、405、407、及び408のうちの一つ又は複数に、対応する交番回路電流源424、425、427、及び428によって供給される。対応する交番回路電流源424、425、427、及び428によって、コイルの404、405の組又は407、408の組を逆方向に励起するか、又は、404、405対及び407、408対の両方の組を逆方向に励起することによって回転をさせるようにすることもできる。図４に関して上述したように、交番回路電流源424、425、427、428は伝統的なモータ制御モジュール430によって制御される。図４及び５に示された平面モータの実施例においては、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、前記各種のコイルの組の幾何学的配列を変更することができる。
【００６１】
図４及び５の各移動コイル平面モータは、移動ステージ全体を非磁性とする無鉄構成とすることもできる。このようにすれば、戻り止め力を低減させ、前記磁石アレーからの磁気的引力をなくすためには都合がよいが、最大の電磁力を得ることはできない。前記平面モータのステージを、前記コイルを裏打ちする鉄の平面状のシートを使って構成することができる。また、鉄によって裏打ちされたプレート内の溝にコイルを挿入した構成の平面型モータとすることもできる。後者の二つの構成では、電磁力が増加し、磁気的引力を次の段落で記載するエアーベアリングを与圧するために用いることができる。
【００６２】
図４及び５の移動コイル平面モータを、エアーベアリングを備えたモータに変更することもできる。例えば、エアーベアリングを微動ステージ11の四隅に配して伝統的な手法で動作させて、前記コイルにＺ方向の力を発生するような交番電流が供給されていない状態でも微動ステージ11が磁石アレー303、403上方のエアクッション上で浮上させられるようにする。このように構成された変更実施例のモータでは、Ｚ方向の力を発生するような交番電流を供給する必要がない。しかしながら、このような変更実施例のモータではＺ方向の運動を実現できず、３自由度方向の駆動のみに限られる。このような変更実施例のモータを使用した場合は、前記Ｘ及びＹ軸によって決まる平面内でのＸ、Ｙ、及び回転方向の運動が可能である。エアーベアリングは平面モータ技術分野で周知である（例えば、上掲Hinds ‘571特許、及び1972年7月18日に再発行されたSawyerの米国再発行特許第Re. 27,436号を参照）。
【００６３】
図６は、図４及び５の平面モータを例とした、平面モータ用に構成された磁石アレーの一例を示した等角図である。従って、前記の各磁石311、411は、磁石501、502、…、516等に関して下記するように構成し得る。これらの磁石は、Ｘ及びＹ座標系の矢印によって規定されているように、Ｘ方向の列とＹ方向の行を形成しており、千鳥状のチェッカー盤状に配列されている。このアレー内の総ての磁石の極軸は、Ｚ方向と平行（Ｘ−Ｙ座標面に直交）となっている。任意列内の磁石は総て同一の極性を持ち、任意行内の磁石は総て同一の極性を持っている。例えば、磁石501−504は総てN極が表面方向に向かって出ており（以下、「N磁石」という）、磁石511−516は総てS極が表面方向に向かって出ている（以下、「S磁石」という）。総ての磁石は同寸法であり、他の形状も可能であるが、断面形状は正方形である。長方形とすることもできるし、八角形とすることもできる。Ｘ方向内には、N磁石の６列とS磁石の６列とを含む１２磁石列がある。Ｙ方向内には、N磁石の６行とS磁石の６行とを含む１２磁石行がある。移動コイルモータに係る場合には特に、磁石アレーにおける列及び行の数をかなり大きくして、所望のより大きな移動範囲を確保するようにすることができる。また、列数と行数とを異ならせるようにすることもできる。
【００６４】
磁石ピッチとは、N磁石の中心とこれに隣接するS磁石の中心との間の距離の、磁石アレーの列又は行方向の距離成分のことである。例えば長方形形状の磁石アレーでは、磁石アレーのＸ方向磁石ピッチPxは、隣接するN磁石及びS磁石の中心間距離のＸ方向距離成分である。正方形形状の磁石アレーでは、磁石アレーの磁石ピッチPは、隣接するN磁石及びS磁石の中心間距離のＸ方向においてもＹ方向においても同一となる距離成分である。図６の正方形磁石アレーは、１２列の磁石列と１２行の磁石行とで構成され、隣接するN磁石とS磁石との合成長は2Pとなっている。
【００６５】
本発明の原理は、移動磁石（ム−ビングマグネット）構成の平面モータを製作する場合にも適用される。図７は、移動磁石平面モータの実施例を示した等角図である。平面ベース112’の全上面は、コイルユニット605で覆われている。微動ステージ11は、下部ステージ111のベース112’の上方に浮上させられており、このモータの可動部114’に含まれ微動ステージ11にベース112’に対向するように取り付けられた磁石アレー607を有している。
【００６６】
伝統的な交番回路（不図示）から、可動部114’、従って微動ステージ11の所望の移動方向に則した電流がコイルユニット605に供給される。適切な交番電流によって、微動ステージ11を所望の位置、高さ、及び姿勢へ駆動するローレンツ力が発生する。
【００６７】
以下は、1998年8月17日に出願され、「Compact Planar Motor Having Multiple Degrees of Freedom」と題する、本出願と同時係属中で同一譲受人の出願第09/135,624号においてより十分に記載され示された、図７で示された構成とは異なった構成の説明である。出願第09/135,624号の総ての内容は、本出願に引用されて含まれるものである。微動ステージ11を下部ステージ111のベース112の上方に浮上させるのを補助するために、リフティング永久磁石とホイスト永久磁石とをそれぞれ、微動ステージの上面と微動ステージ11の上方に配置された固定フレームとに具備させる構成とすることができる。ホイスト及びリフティング永久磁石には電流を流す必要がないので、微動ステージ11を浮上させるためのＺ方向力を生むための電流を低減し又は無くすことができ、従ってエネルギー消費及び発熱を低減できる。ホイスト及びリフティング永久磁石を、重力に抗して微動ステージ11を浮上させる手段としてのＺ力用交番電流の代わりとすることもできる。
【００６８】
重力に抗して微動ステージ11を浮上させるための磁気的引力を供給するために、水平又は垂直向きの複数のリフティング永久磁石と鉄製のプレートとをペアーにする構成とすることもできる。また、重力に抗して微動ステージ11を浮上させるための手段としてのエアーベアリングの補強用にホイスト及びリフティング永久磁石を使用することもできる。更には、重力に抗して微動ステージ11を浮上させる手段としてのＺ力用交番電流の補強用にホイスト及びリフティング永久磁石を使用することもでき、これによって６自由度を超えた自由度の微動ステージ11の動きをさせることもできる。
【００６９】
図８は、平面モータの可動部114’上の磁石アレー700の平面図であって、ここでは、粗動ステージ111の移動のために該ステージに磁石アレー700が固定されている構成となっている。磁石アレー700は磁石アレー607と同様な位置に配されている。図示されているように、アレー700の中央部にある磁石702、704、706、及び708はフルサイズの正方形磁石である。磁石アレー700の四隅には、フルサイズ磁石702、704、706、及び708の略1/4の磁束を発生し「コーター磁石」として知られている磁石711−714がある。これらの四隅以外の最外列及び行内には、フルサイズ磁石702、704、706、及び708の略1/2の磁束を発生し、従って「ハーフ磁石」と呼ばれる磁石が配されている。フルサイズのS磁石及びN磁石（図６参照）は、同寸法である。
【００７０】
このアレーにおける磁石ピッチとは、隣接するフルサイズのN磁石及びS磁石の中心間距離の特定軸に沿った成分である。移動磁石アレー700の周辺部にあるハーフ磁石及びコーター磁石によって、磁石アレー700の磁束供給効率が最適化されていることが重要である。例えば、フルサイズS磁石702を４個のコーター磁石セグメントからなるものと見なすことができる。S磁石702の各コーター磁石セグメントはそれぞれ隣接する１個のSコーター磁石セグメント、即ちコーター磁石711、フルサイズ磁石706内の最も近いコーター磁石セグメント、及びハーフ磁石703及び705内の最も近いコーター磁石セグメントと対になっている。同様に、この磁石アレーの全域に亘って、総てのフルサイズS磁石内の総てのコーター磁石セグメントは、最も近い隣のNコーター磁石セグメントと対になっている。ハーフ磁石及びコーター磁石がある周辺部が無い場合には、周辺部は対となる最も近い隣のNコーター磁石セグメントを持たないS磁石セグメントで構成されることになり、従って磁束を効率的に供給しないことになる。このアレーの周辺部にS極性のハーフ磁石及びコーター磁石が並ぶように、磁石アレー700の各磁石の極性を反転させた構成とすることもできる。その総ての内容を本出願に引用して含まれるものであることを前記した出願第09/135,624号において、移動磁石アレーの更なる配列法について検討されている。固定ベース用の各種のコイル構成及びコイルアレー配置が出願第09/135,624号に開示されているが、それらの総ては本出願に引用して含まれるものであることを明記する。平面モータ用の更なる配置について、1998年11月16日に出願され、「Electric Motors and Positioning Devices Having Moving Magnet Arrays and Six Degrees of Freedom」と題する出願第09/192,813号に、平面モータ用の更なる配置が開示されている。出願第09/192,813号の内容は、本出願に引用されて含まれるものである。
【００７１】
図９は、本発明による、移動磁石平面モータのベース112’の平面図である。ベース112’には例えば図９に示されたような構成の複数のモータコイルユニットが含まれているが、例えば出願第09/135,624号に記載されているような他の構成とすることもできる。移動磁石平面モータにおいては、コイルアレーは、位置決めステージの所望移動長に該ステージ（簡明化のために不図示）の長さを加えた長さが必要であり、かつ、コイルユニットがベース112’の略全域を覆っていなければならない。図９において、コイルユニットは、座標系の矢印で示されているＸ方向の推進用のＸ層とＹ方向の推進用のＹ層との２層から構成されている。図示されているように、このＹ層は、Ｘ層の垂直Ｚ方向（Ｘ、Ｙ方向と直交した方向）上部に積み重ねられている。コイルユニット1001はＹ方向の推進力を生むように構成されており、従ってＹ方向と概ね直交する脚部を有している。同様に、コイルユニット1002'（これはコイルユニット1001の下部の層となっている）は、Ｘ方向の推進力を生むように構成されており、従ってＸ方向と概ね直交する脚部を有している。
【００７２】
動作時には、各コイルは、図９の矢印で示されているそれぞれのＸ又はＹ直線方向に沿った、略一定の力を発生させる。Ｙ方向の力を発生するためには、微動ステージ11に取り付けられた可動部114’の磁石アレーの直下のＹコイル1001が励起される。同様に、Ｘ方向の力を発生するためには、可動部114’の磁石アレーの直下のＸコイル1002'が励起される。ＸＹ平面と平行に回転させるためには、Ｘコイル及びＹコイルのいずれか一方又は双方内の或るコイルを選択的に双対方向に励起して、Ｚ方向を向いた軸回りのトルクを発生させる。電力消費及び発熱を最小化するために、磁石アレーの下のコイルのみを選択的に励磁する構成とすることもできる。通常、これらのコイルの選択は、プログラマブル制御ロジックと結合した、微動ステージ11及び可動部114’の位置フィードバックセンシングによってなされる。図示されているように、モータ制御モジュール1005にフィードバック信号入力1006'が入力され、ここで他の制御信号と組み合わせられる。そして、モータ制御モジュール1005は、交番回路電流源1003及び1004'の動作を制御し、交番回路電流源1003及び1004'はそれぞれＹコイル1001及びＸコイル1002'に選択的に電流を供給する。各制御コイルグループ用に別個の増幅器を使用する構成とすることもできる。各制御コイルグループ用に別個のスイッチングロジック回路を使用する構成とすることもできる。交番回路電流源1003及び1004'と対応するＹ及びＸコイル1001及び1002'との間は図上それぞれ一本の連結線で結ばれているが、実際には複数の電線として、交番回路電流源1003及び1004'がそれぞれＹ及びＸコイル1001及び1002'の各コイルユニットを個別に励起する構成とすることもできる。
【００７３】
図１０は、上述した位置決め装置を搭載した本発明によるリソグラフィーシステムを示している。下部ステージ111のベース112、112’は、干渉計88、レンズ系1004と共に、ボディー1024に強固に取り付けられている。第二コラム即ちフレーム1032及びレチクルステージ1010もボディー1024に取り付けられている。ボディー組品全体は、振動絶縁装置90によって地面から絶縁されている。多用される絶縁台は、California IrvineのNewport Corporationが販売している「Electro−Damp Active Vibration Control System」である。微動ステージ11のレンズ1004を基準とした平面位置は、上で示唆したように、干渉計ミラー4からのレーザ光に基づく干渉計88を用いて測定される。このステージの垂直位置は、ウエハ表面からの光に基づくフォーカスレベリングセンサー（不図示）用いて測定される。
【００７４】
図１１は、本装置の検出及び制御機能を説明した略図である。この検出及び制御機能のより完全な記載は、同時係属中の、1998年2月12日出願の出願第09/022,713号、1998年8月25日出願の出願第09/139,954号、及び1998年8月27日出願の出願第09/141,762号中にあり、これら各出願の内容は本出願に引用されて含まれるものである。軌道s100、即ち対象光学系が追従すべき所望の経路が、該光学系が適用されるウエハや他の対象物の所望の経路に基づいて決定される。次に、この軌道s100は前記制御系に入力される。軌道s100は、干渉計88及びフォーカスレベリングセンサーから出されるセンサー信号ベクトルSと比較される。この比較から出てくる差分ベクトルは、逆変換s102によってCG（重心）座標フレームに変換される。制御基準s104には、この信号に対する既定の補正動作が格納されている。この制御基準は、例えば、PID（比例積分微分）コントローラ、比例ゲインコントローラ又は好ましくはリードラグコントローラ、制御技術の分野で周知の基準等の形態をとることができる。
【００７５】
垂直動作のためのベクトルはCG to VCM変換s106に入力される。この変換によって、前記CG信号がVCMによって発生されるべき力の値に変換され、この力の値はVCMゲインs110に入力され、ステージハードウエアs114に出力される。平面内動作のためのベクトルはCG to EIコア変換s108に入力される。この変換によって、前記CG信号が前記EIコア（即ち、電磁石6とターゲット8）によって発生されるべき力の値に変換される。EIコアの力は前記空隙の二乗に依存するので、ステージハードウエアs114への線形入力とするために、補償ブロックs112において短レンジセンサーベクトルg’で補償される。ステージシステムs114はこの入力に応答し、そしてセンサーフレームS内において測定される。粗動ステージループs116に関する同様のブロックの詳細は示されてはいない。粗フレーム位置Cは、微動ステージ位置Sと前記空隙gとを用いて計算される。この位置は、前記微動ステージに追従するようにサーボ制御される。
【００７６】
図１２は、本発明の他の実施例によるダブルステージシステム10'の斜視図である。この実施例では、粗動ステージ111上に二つの微動ステージ11が配置されている。これらの微動ステージは、平面ベース112、112’を持つ平面モータを具備し、平面ベース112、112’上でこの平面モータの対応する可動部114、114’が並進する、本実施例では各微動ステージ用の可動部をもつ下部ステージ111によってそれぞれ独立に粗位置決めが可能となっている。微動ステージ11は、単一微動ステージに関して上述した構成の内の任意の構成とすることができる。両微動ステージ11を同一の構成とするのが好ましく、そのようにすれば両微動ステージと単一の粗動ステージ111との接続を極めて簡単にすることができる。但し、両微動ステージをリニアーモータの可動コイル部又は可動磁石部に載せる構成とすることもできる。
【００７７】
固定磁石112に対して両微動ステージは別個のユニットであり従って別個に制御することができるので、可動コイルタイプでの実施の方が制御の観点から容易である。移動磁石タイプの構成とすると、二つの移動磁石ユニットを離しておくためにベース112’内の単一のコイルアレーを選択的に励起しなければならないので、より複雑になる。
【００７８】
両微動ステージを同一の構成とするのが好ましいが、必須ではなく、本発明はそのようなものに限定されるものではない。更には、二つを超える微動ステージを粗動ステージの単一のベース上に載せる構成を排除する理由も全くない。
【００７９】
以上に本発明の実施例を図示し説明したが、より広い意味での本発明を逸脱することなく、これらの例示された実施例に対する変更や改造をなすことができる。従って、明示的に記載してきてはいないが、本発明の範囲に属する本発明の他の実施例があることは明らかであろう。例えば、コイルアレーを直交するＸ及びＹ軸に対して非共線的に配列することもできる。同様に、磁石アレー内の磁石を直交する列と行内に配列する必要は必ずしもない。本発明の範囲を逸脱することなくフォトリソグラフィー装置を本明細書で示されたものと異なるものとすることができることも理解されるべきである。
【００８０】
フォトリソグラフィー装置には多くのタイプがある。例えば、リソグラフィーシステム1000は、レチクルとウエハとを同期移動させて、レチクルのパターンをウエハ上に露光するスキャニングタイプのフォトリソグラフィーシステムとして使用することができる。スキャニングタイプのリソグラフィーシステムでは、レチクルをレンズ組品1004の光軸に直交して移動させ、ウエハはウエハステージ組品1によってレンズ組品1004の光軸に直交して移動させる。レチクル及びウエハの走査は、レチクルとウエハとが同期移動している時になされる。
【００８１】
リソグラフィーシステム1000は、レチクル及びウエハが静止している時にレチクルを露光するステップアンドリピートタイプのフォトリソグラフィーシステムとすることもできる。このステップアンドリピートプロセスでは、個々の視野の露光中には、ウエハはレチクル及びレンズ組品1004に対して一定位置にある。次いで、一連の露光ステップ間において、ウエハの次ぎの視野がレチクル及びレンズ組品1004に対して露光のための定位置にくるように、ウエハがウエハステージによってレンズ組品1004の光軸に直交して逐次移動させられる。このプロセスに次いで、ウエハの次ぎの視野がレンズ組品1004及びレチクルに対して定位置にくるように、レチクルの像がウエハの視野上に順次露光される。
【００８２】
しかしながら、本明細書のリソグラフィーシステム1000は、半導体製造のためのフォトリソグラフィーシステムのみにその用途が限れている訳ではない。例えば、リソグラフィーシステム1000は、液晶表示素子パターンを長方形のガラスプレートに露光するLCDフォトリソグラフィーシステムや薄膜磁気ヘッドを製造するためのフォトリソグラフィーシステムとして使用することができる。更に、本発明は、マスクと基板とを近接して配置してマスクパターンをレンズ組品を用いずに露光するプロキシミティーフォトリソグラフィーシステムに適用することもできる。加えて、本明細書記載の本発明は、他の半導体プロセス装置、昇降機、電気剃刀、機械工具、金属切断機、検査機械、及びディスクドライブを含む他の装置にも使用することができる。
【００８３】
照明光源1002は、g線（436 nm）、I線（365 nm）、KrFエキシマレーザ（248 nm）、ArFエキシマレーザ（193 nm）、及びF2レーザ（157 nm）とすることができる。また、照明光源1002として、エックス線、電子ビーム等の荷電粒子ビームとすることもできる。例えば、電子ビームを使用する場合には、電子銃として熱電子放出タイプの六ホウ化ランタノイド（LaB6）又はタンタル（Ta）を使用することができる。更に、電子ビームを使用する場合には、マスクを使用する構成又はマスクを使用しないでパターンを基板上に直接形成する構成とすることができる。
【００８４】
フォトリソグラフィーシステムに含まれるレンズ組品1004の倍率に関しては、レンズ組品1004は縮小システムに限る必要はない。レンズ組品1004は等倍系でも拡大系でもよい。
【００８５】
レンズ組品1004に関して、エキシマレーザのような遠紫外線が使用されるときには、遠紫外線を透過させる石英、螢石等の硝材を使用するのが好ましい。F2タイプのレーザやエックス線を使用するときにはレンズ組品1004は反射屈折系又は屈折系とするのが好ましく（レチクルも反射タイプとするのが好ましい）、電子ビームを使用するするときには電子光学系を電子レンズと電子偏向器で構成するのが好ましい。電子ビームの光路は真空にしなければならない。
【００８６】
また、波長が200 nm以下の真空紫外放射（VUV）を使用する露光装置では、反射屈折タイプの光学系の使用が考えられる。反射屈折タイプの光学系の例の開示は、公開特許公報に掲載された日本国特許公開公報8-171054号及び対応米国特許第5,668,672号並びに日本国特許公開公報10-20195号及び対応米国特許第5,635,275号にある。これらでは、反射光学装置として、ビームスプリッターと凹面ミラーとが入った反射屈折光学系の構成が記載されている。公開特許公報に掲載された日本国特許公開公報8-334695号及び対応米国特許第5,689,377号並びに日本国特許公開公報10-3039号及び対応米国特許第837,605号（出願日、1997年6月12日）でも、凹面ミラー等が入った、但しビームスプリッターは入っていない、反射屈折タイプの光学系が用いられており、本発明と併せて使用することができる。許容される限りにおいて、前記の米国特許及び公開特許公報に掲載された日本国特許公開公報の内容は本出願に引用されて含まれるものである。
【００８７】
更に、フォトリソグラフィーシステムにおいてリニアーモータ（米国特許第5,623,853号又は第5,528,118号参照）をウエハステージ又はマスクステージに使用する場合、そのリニアーモータはエアーベアリングを用いた空気浮上タイプのものでもよいし、ローレンツ力又はリラクタンス力を用いた磁気浮上タイプのものでもよい。加えて、当該ステージはガイドに沿って動くタイプにすることもできるし、ガイドを全く使用しないガイドレスタイプのステージとすることもできる。許容される限りにおいて、米国特許第5,623,853号及び第5,528,118号の開示内容は本出願に引用されて含まれるものである。
【００８８】
また、前記ステージの内の一つを、二次元に配列された磁石を持つ磁石ユニットと、これに対向する位置に二次元に配列されたコイルを持つアーマチュアコイルユニットとによって発生する電磁力によってステージを駆動する平面モータによって、駆動するように構成することもできる。このタイプの駆動システムでは、磁石ユニット及びアーマチュアコイルユニットのいずれか一方がステージに接続され、他方のユニットがステージの移動平面側に取り付けられる。
【００８９】
上述のステージの運動は、リソグラフィーシステムの性能に悪影響をあたえる可能性がある反力を発生させる。米国特許第5,528,118号及び日本国特許公開公報8-166475号に記載されているように、ウエハ（基板）ステージの運動によって発生する反力をフレーム部材を用いて床（地面）に機械的に逃がすことができる。また、米国特許第5,874,820号及び日本国特許公開公報8-330224号に記載されているように、レチクル（マスク）ステージによって発生する反力をフレーム部材を用いて床（地面）に機械的に逃がすことができる。許容される限りにおいて、米国特許第5,528,118号及び第5,874,820号並びに日本国特許公開公報8-330224号の開示内容は本出願に引用されて含まれるものである。
【００９０】
上述のように、前記実施例によるフォトリソグラフィーシステムは、予め定められた機械的、電気的、及び光学的精度が維持されるように、添付の請求項中に挙げられた各要素を含む様々なサブシステムを組み込むことによって組上げることができる。前記各種精度を維持するために、前及び組み込み後において、各光学系はその光学的精度を満足するように調整される。同様に、各機械系及び各電気系もそれぞれの機械的精度及び電気的精度を満足するように調整される。各サブシステムをフォトリソグラフィーシステムに組上げるプロセスには、各サブシステム間の、機械的接続、電気回路配線の接続、及び空圧配管の接続が含まれる。言うまでもないが、前記各サブシステムをフォトリソグラフィーシステムに組上げる前には、各サブシステムの組み立てプロセスがある。前記各サブシステムを用いてフォトリソグラフィーシステムが組上げるられると、このフォトリソグラフィーシステム全体の精度の維持を確保するための総合調整が実施される。なお、温度及び清浄度が管理されたクリーンルーム内で露光システムを製造するのが好ましい。
【００９１】
更に、図１３にその概略を示したプロセスによって、前記のシステムを用いて半導体デバイスを製造することができる。ステップ1301では、デバイスの機能及び性能特性が設計される。次ぎに、ステップ1302ではパターンを持つマスク（レチクル）の設計が前設計ステップに基づいてなされ、これと並行するステップ1303ではシリコン材料からウエハが製作される。ステップ1304では、本発明による本明細書で前記したフォトリソグラフィーシステムによって、ステップ1302で設計されたマスクパターンがステップ1303からのウエハ上に露光される。ステップ1305では、前記半導体デバイスが組み立てられ（ダイシングプロセス、ボンディングプロセス、及びパッキングプロセスを含む）、そして最後にステップ1306において検査される。
【００９２】
図１４には、半導体デバイスを製造する場合の前記ステップ1304の詳細なフローチャートの例が示されている。図１０中のステップ1311（酸化ステップ）でウエハ表面が酸化される。ステップ1312（CVDステップ）では、ウエハ表面に絶縁膜が形成される。ステップ1313（電極形成ステップ）では、蒸着によってウエハ上に電極が形成される。ステップ1314（イオン注入ステップ）では、イオンがウエハ内に注入される。前記ステップ1311−1314は、全ウエハ処理工程の中の前処理工程を形成しており、各ステップはプロセス要求に応じて選択的に実施される。
【００９３】
ウエハ処理の各段階において前記前処理ステップが完了すると、次ぎの後処理ステップが実行される。後処理工程では、先ず、ステップ1315（フォトレジスト形成ステップ）においてフォトレジストがウエハに塗布される。次いで、ステップ1316（露光ステップ）において、マスク（レチクル）の回路パターンをウエハに転写するために上述の露光装置が使用される。次ぎに、ステップ1317（現像ステップ）において露光されたウエハが現像され、ステップ1318（エッチングステップ）において残留レジスト以外の部分（被露光材料面）がエッチングによって除去される。ステップ1319（フォトレジスト除去ステップ）では、エッチング後に残っている不必要なフォトレジストが除去される。
これらの前処理及び後処理ステップを繰り返すことによって多数の回路パターンが形成される。
【００９４】
本明細書で特に示し開示されたステージ組品1は前記目的を達成し前記利点を提供することが十分にできるが、このステージ組品は本発明の現在での好ましい実施例を示したものに過ぎず、添付の請求項に記載された事項以外の本明細書記載の構造や設計の詳細への如何なる限定も意図されていないものと理解されるべきである。
【００９５】
【発明の効果】
微動ステージのより高い機械的帯域幅が得られ、Ｘ又はＹ軸加速力とＺ軸運動との相互結合が除去される。微動ステージを支持する支承部をフィードフォワード駆動することによって、微動ステージに対する制御能力を向上させる。積み重ね方式のＸ−Ｙステージとする必要がなくなることによって、機械的な複雑さ、従って粗動ステージの重量が減り、積み重ね方式でのステージ間の繋ぎ部がなくなって剛性が増加し、これらの効果の総ては、装置の動特性の向上を生むことになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】   本発明によるウエハ位置決めシステムを具備したフォトリソグラフィー装置の概略図である。
【図２】   本発明の好ましい実施例によるステージシステムの斜視図である。
【図３】   図２に示された実施例の微動ステージの斜視図である。
【図４】   本発明の移動コイル平面モータ構成の一例を略示した等角図である。
【図５】   本発明の移動コイル平面モータ構成の他の例を略示した等角図である。
【図６】   本発明による移動コイル平面モータ用に構成された磁石アレーの一例を示した等角図である。
【図７】   本発明による移動磁石平面モータ構成の一例を示した等角図である。
【図８】   本発明による移動磁石平面モータ構成用のステージ上の磁石アレーの一例を示した平面図である。
【図９】   本発明による移動磁石平面モータのベース内のコイル構成の一例の平面図である。
【図１０】   本発明によるリソグラフィーシステムの斜視図である。
【図１１】   本装置の検出及び制御機能を説明した略図である。
【図１２】   本発明の好ましい実施例によるダブルステージシステムの斜視図である。
【図１３】   本発明によってデバイスを製造するためのプロセスの概略を示したフローチャート図である。
【図１４】   より詳細にデバイス製造プロセスの概略を示したフローチャート図である。
【符号の説明】
1  ウエハ位置決めステージシステム
6  電磁石（可変リラクタンスアクチュエータ）
8  ターゲット
11  微動ステージ
20  ベローズ（空気ベローズ）
111  粗動ステージ（下部ステージ）
300  平面モータ
303  平面磁石アレー
403  平面磁石アレー
501〜516  磁石
607、700  磁石アレー
1000  フォトリソグラフィー装置
1002  照明系
1004  レンズ系
1008  ウエハ
【図１】
0004639517.tif 000002
【図２】
0004639517.tif 000003
【図３】
0004639517.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004639517.tif 000006
【図６】
0004639517.tif 000007
【図７】
0004639517.tif 000008
【図８】
0004639517.tif 000009
【図９】
0004639517.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0004639517.tif 000012
【図１２】
0004639517.tif 000013
【図１３】
0004639517.tif 000014
【図１４】
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