(57)【要約】【課題】制御された環境における処理中にリソグラフィシステムを安定化させる、リニアステージに関連して使用される反作用質量システムを提供する。【解決手段】ベースフレーム３０５とが設けられており、該反作用質量３１０が、少なくとも３つの第１の軸受３６０によって前記ベースフレームに可動に結合されておりかつ、少なくとも２つの第２の軸受３２５と少なくとも１つの駆動装置とによってステージ３２０に結合されており、複数のベローズ３６５のそれぞれが、前記少なくとも３つの第１の軸受の対応する１つを包囲しており、前記複数のベローズのそれぞれが、前記少なくとも１つの反作用質量３１０に結合された第１の端部を有する。【選択図】図３
2005072606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反作用質量装置において、
ベースフレームと、
少なくとも１つの反作用質量とが設けられており、該反作用質量が、少なくとも３つの第１の軸受によって前記ベースフレームに可動に結合されておりかつ、少なくとも２つの第２の軸受と少なくとも１つの駆動装置とによってステージに結合されており、
複数のベローズが設けられており、該複数のベローズのそれぞれが、前記少なくとも３つの第１の軸受の対応する１つを包囲しており、前記複数のベローズのそれぞれが、前記少なくとも１つの反作用質量に結合された第１の端部を有することを特徴とする、反作用質量装置。
【請求項２】
前記複数のベローズのそれぞれが、前記ベースフレームに結合された第２の端部を有する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも３つの第１の軸受が、流体軸受である、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記流体が加圧ガスである、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記流体が液体膜である、請求項３記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも３つの第１の軸受が、ころ軸受である、請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも３つの第１の軸受が、玉軸受である、請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの駆動装置がそれぞれ、
前記ステージに結合された線形モータコイルと、
前記少なくとも１つの反作用質量のうちの１つに結合された磁石配列とを有しており、
前記線形モータコイルと前記磁石配列とが磁気的に互いに結合されている、請求項１記載の装置。
【請求項９】
制御された環境を有しかつ前記ステージと、前記少なくとも２つの第２の軸受と、前記少なくとも１つの駆動装置と、前記少なくとも１つの反作用質量とを包囲した囲いが設けられており、
前記複数のベローズのそれぞれが、前記対応する第１の軸受を前記制御された環境から分離させている、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記複数のベローズのそれぞれが、前記囲いに結合された第２の端部を有している、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記複数のベローズのそれぞれによって包囲された容積が、前記囲いによって包囲された容積から独立した圧力を有している、請求項９記載の装置。
【請求項１２】
前記ベローズの第１の端部を前記少なくとも１つの反作用質量のうちの１つに結合したフランジが設けられている、請求項９記載の装置。
【請求項１３】
前記フランジが、包囲された第１の軸受のための摺動面を含んでいる、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記ベローズの第２の端部を前記囲いに結合したフランジが設けられている、請求項９記載の装置。
【請求項１５】
前記ベースフレームが、前記囲いから解離されている、請求項９記載の装置。
【請求項１６】
前記ベースフレームが、剛性の支持体を介して前記囲いに結合されている、請求項９記載の装置。
【請求項１７】
前記ベースフレームが、可撓性の支持体を介して前記囲いに結合されている、請求項９記載の装置。
【請求項１８】
前記囲いがさらに、リソグラフィ露光手段を包囲している、請求項９記載の装置。
【請求項１９】
前記ベローズの第１の端部を前記少なくとも１つの反作用質量のうちの１つに結合させたフランジが設けられている、請求項１記載の装置。
【請求項２０】
前記ベローズの第２の端部を前記ベースフレームに結合させたフランジが設けられている、請求項１記載の装置。
【請求項２１】
前記第１の軸受のうちの少なくとも１つが、前記少なくとも１つの反作用質量のうちの１つを線形に案内するように位置決めされている、請求項１記載の装置。
【請求項２２】
前記ステージの質量が、前記少なくとも１つの反作用質量の質量よりもＸ倍少なく、これにより、前記ステージが移動した場合、前記少なくとも１つの反作用質量がステージの距離の１／Ｘだけ移動させられるようになっている、請求項１記載の装置。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの反作用質量が金属から形成されている、請求項１記載の装置。
【請求項２４】
前記複数のベローズのそれぞれが金属から形成されている、請求項１記載の装置。
【請求項２５】
制御された環境内におけるリソグラフィ処理のために使用されるスキャニング装置において、
リソグラフィ露光手段と、
ベースフレームと、
少なくとも３つの第１の軸受によって前記ベースフレームに可動に結合された少なくとも１つの反作用質量と、
ステージとが設けられており、該ステージが、少なくとも２つの第２の軸受と少なくとも１つの駆動装置とによって前記少なくとも１つの反作用質量に結合されており、
囲いが設けられており、該囲いが、制御された環境を有しておりかつ、前記リソグラフィ露光手段と、前記ステージと、前記少なくとも２つの第２の軸受と、前記少なくとも１つの駆動装置と、前記少なくとも１つの反作用質量とを包囲しており、
複数のベローズが設けられており、該複数のベローズのそれぞれが、前記少なくとも３つの第１の軸受の対応する１つを包囲しておりかつ、前記対応する第１の軸受を前記制御された環境から分離させており、前記複数のベローズのそれぞれが、前記少なくとも１つの反作用質量に結合された第１の端部と、前記囲いに結合された第２の端部とを有していることを特徴とする、制御された環境内におけるリソグラフィ処理のために使用されるスキャニング装置。
【請求項２６】
前記少なくとも３つの第１の軸受が流体軸受である、請求項２５記載のスキャニング装置。
【請求項２７】
前記流体が加圧ガスである、請求項２６記載のスキャニング装置。
【請求項２８】
前記流体が液体膜である、請求項２６記載のスキャニング装置。
【請求項２９】
前記少なくとも３つの第１の軸受がころ軸受である、請求項２５記載のスキャニング装置。
【請求項３０】
前記少なくとも３つの第１の軸受が玉軸受である、請求項２５記載のスキャニング装置。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの駆動装置がそれぞれ、
前記ステージに結合された線形モータコイルと、
前記少なくとも１つの反作用質量のうちの１つに結合された磁石配列とを有しており、
前記線形モータコイルと前記磁石配列とが磁気的に互いに結合されている、請求項２５記載のスキャニング装置。
【請求項３２】
前記複数のベローズのそれぞれによって包囲された容積が、前記囲いによって包囲された容積から独立した圧力を有する、請求項２５記載のスキャニング装置。
【請求項３３】
前記ベローズの第１の端部を前記少なくとも１つの反作用質量のうちの１つに結合したフランジが設けられている、請求項２５記載のスキャニング装置。
【請求項３４】
前記ベローズの第２の端部を前記囲いに結合したフランジが設けられている、請求項２５記載のスキャニング装置。
【請求項３５】
前記ベースフレームが前記囲いから解離されている、請求項２５記載のスキャニング装置。
【請求項３６】
前記ベースフレームが、剛性の支持体を介して前記囲いに結合されている、請求項２５記載のスキャニング装置。
【請求項３７】
前記ベースフレームが、可撓性の支持体を介して前記囲いに結合されている、請求項２５記載のスキャニング装置。
【請求項３８】
前記第１の軸受の少なくとも１つが、前記少なくとも１つの反作用質量のうちの１つを線形に案内するように位置決めされている、請求項２５記載のスキャニング装置。
【請求項３９】
前記ステージの質量が、前記少なくとも１つの反作用質量の質量よりもＸ倍少なく、前記ステージが移動した場合、前記少なくとも１つの反作用質量が、ステージの距離の１／Ｘだけ移動させられるようになっている、請求項２５記載のスキャニング装置。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの反作用質量が金属から形成されている、請求項２５記載のスキャニング装置。
【請求項４１】
前記複数のベローズのそれぞれが金属から形成されている、請求項２５記載のスキャニング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してリソグラフィ処理に関する。より具体的には、本発明は、制御された環境におけるリソグラフィ処理のために使用される反作用質量のための改良された軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィは、基板表面上にフィーチャを形成するために使用されるプロセスである。このような基板は、フラットパネルディスプレイ、回路板、様々な集積回路及び同様のものを製造する場合に使用されるものを含むことができる。このような用途のために頻繁に使用される基板は半導体ウェハである。リソグラフィ中、ウェハはウェハステージ上に配置され、チャックによって所定の位置に保持される。チャックは通常、ウェハを所定の位置に固定保持することができる真空又は静電チャックである。ウェハは、リソグラフィ装置内に配置された露光系によってその表面に投影される像に曝される。露光系がフォトリソグラフィの場合に使用されるが、特定の用途に応じて種々異なるタイプの露光装置を使用することができる。当業者に知られているように、例えば、Ｘ線、イオン、電子又は光子リソグラフィはそれぞれ、異なる露光装置を必要とする。フォトリソグラフィの特定の例が、例示目的だけのためにここで説明される。
【０００３】
投影された像は、ウェハの表面上に堆積された層、例えばフォトレジストの特性を変化させる。これらの変化は、露光中にウェハ上に投影されたフィーチャに相当する。露光の後、層をエッチングして、パターニングされた層を形成することができる。パターンは、露光中にウェハ上に投影されたフィーチャに相当する。次いで、このパターニングされた層は、ウェハ内の下側に位置する構造層、例えば導電層、半導体層又は絶縁層の露出させられた部分を除去するために使用される。次いで、このプロセスは、所望のフィーチャがウェハの表面上に又は様々な層に形成されるまで、その他のステップと共に繰り返される。
【０００４】
ステップアンドスキャン技術は、狭幅なイメージングスロットを有する投影光学系に関連して働く。一度にウェハ全体を露光するのではなく、一度に個々のフィールドがウェハ上にスキャンされる。このことは、イメージングスロットがスキャン中にフィールドを横切るようにウェハ及びレチクルを移動させることによって行われる。次いで、ウェハステージは、ウェハ表面に多数のレチクルの複製を露光させるために、フィールド露光の間にステップ移動させられなければならない。この形式では、ウェハに投影される像の鮮明度が最大化される。
【０００５】
ステップアンドスキャン技術の使用は概して全体的な像鮮明度を改良することを助けるが、レチクルステージ又はウェハステージの加速によって生ぜしめられるシステム全体の移動により、このようなシステムにおいて像のゆがみが生じる。このことを修正する１つの方法は、ステージの加速に基づくリソグラフィシステムの移動を最小化するためにカウンターバランス（ここでは反作用質量とも呼ばれる）を提供することである。反作用質量は、ステージの加速によって加えられる力に反作用し、この力が、処理中にリソグラフィシステム全体に影響を与えることを防ぐ。この形式では、反作用質量機構は、ステージにより惹起されるシステム振動を排除し、このことは、焦点バジェット（focus budgets）及びイメージコントラストを高めるという有利な効果を有する。反作用質量機構を使用することにより、反力を機械ベースフレームに伝達することなく、高速動作スキャンが可能となり、ひいては、ステージのパスのたびにリソグラフィシステムを振動させて敏感な処理を妨害しないようにする。
【０００６】
通常、反作用質量機構は、軸受又は撓み板によって案内される。撓み板は、反作用質量のそれぞれの端部に設けられた突出部に取り付けられた薄い垂直なプレートであり、反作用質量に連結されたステージが加速した場合、反作用質量が、撓み板によって支持及び案内された形式において、ステージとは反対方向に移動するようになっている。反対方向での反作用質量の移動は、処理中にリソグラフィシステムを安定させるのを助ける。反作用質量に連結されていない方の撓み板の端部は、ベースフレーム等の別の構成要素に連結されている。この形式において、撓み板の両端部は、反作用質量に移動に基づいて撓み板が回転することができないように拘束されている。撓み板は通常、反作用質量を支持する場合の可撓性のために各端部に１つ又は２つ以上の溝状チャネルを有している。チャネルは、角張った形、円形、又は撓み板における可撓性を許容するあらゆる形状であることができる。
【０００７】
撓み板を使用する利点は、撓み板が、パージガスミニ環境又は高真空チャンバ等の制御された環境において１つ又は２つ以上の反作用質量を案内するために使用されることができるということである。軸受を使用することよりも撓み板を使用することの利点は、撓み板が、例えばガス（又は空気）軸受のガス又はころ軸受の潤滑剤のように環境を汚染しないということである。通常、これらの制御された環境において使用される撓み板は、制限された移動範囲を提供することができる撓み板である。反作用質量の質量を増大させることによって、反作用質量の所要の移動範囲は、撓み板が使用されることができる点にまで減じられる。反力は、ステージの質量とステージの加速度との産物である。反力は、反作用質量の質量と反作用質量の加速度との産物にも等しいので、反作用質量の質量を増大させることは、反作用質量の加速度、速度及び変位を減じる。
【０００８】
しかしながら、撓み板の使用は、余分な重い反作用質量に加えて様々な問題を生ぜしめる。例えば、反作用質量に連結されたステージの加速に基づき、反作用質量は、撓み板の可撓性により、所望の直線ではなくアーチ状の経路上を移動する。換言すれば、撓み板はそれぞれ二次エラー（quadratic error）により短縮する。二次エラーの効果は、反作用質量の不平衡の上下運動である。二次エラーによって生ぜしめられるアーチ状の運動は、望ましくない垂直方向の反力を生ぜしめる。直線運動からの漂遊は、横方向の力を、システムのベースフレームに伝達させる。このことは、リソグラフィ処理中にシステムの望ましくない移動を生じるおそれがあるだけではなく、弾む反作用質量と、ステージを駆動するために使用されるならば、リニアモータとの間のクリアランス問題を生じる。理論上直線を生ぜしめる複雑な撓み板システムが提案されてきた。しかしながら、実地では、直線動作は、製造公差に対して極めて敏感である。例えば、使用される撓み板は、正確に同じ長さでなければならず、正確に同じように曲がらなければならず、かつ完全に直線の運動を生ぜしめるために完璧に取り付けられなければならない。
【０００９】
撓み板使用の別の欠点は、撓み板の曲げのみが反力の一部をベースフレームに伝達するということである。重い反作用質量を使用する場合の別の欠点は、撓み板の無限の疲労寿命を達成することが困難であるということである。無限の疲労寿命を達成するために、撓み板は、極めて長くなければならず、これによりパッケージングすることが困難になる。
【００１０】
これに対して、軸受の使用は、当然ながら実質的に直線運動を生ぜしめるより単純な構成を提供する。しかしながら、概して軸受使用の１つの欠点は、反作用質量を案内するために多数の軸受が必要とされることである（例えば、幾つかの軸受が反作用質量の下方に必要であり、幾つかの軸受が側方に必要である等）。少なくとも２つの反作用質量が使用される分割反作用質量ステージの場合、少なくとも２倍多くの軸受が必要とされる。
【００１１】
様々なタイプの軸受（例えば玉軸受、ころ軸受、車輪等）を使用することができるが、直線運動が良好であるので、気体軸受がリソグラフィシステムにおいては好ましい。気体軸受を使用する場合、走行される表面がかなり平面である限り運動は平坦なままである。気体軸受は、車輪又は玉軸受の場合に生じるような“丸味の欠如”及び“スティックスリップ”問題を生じない。気体軸受の極めて低い摩擦は、運動量を節約し、モータサイズを最小限にする。さらに、伝達される振動は、気体軸受を使用する場合に著しく減じられる。なぜならば、玉等の固体対象物の代わりに空気が使用されるからである。玉軸受又はころ軸受における潤滑剤等の潜在的な汚染物は気体軸受の場合には存在しない。
【００１２】
円筒状の気体軸受は、高真空システム内の案内路としての円筒状ロッドと共に使用されているが、その使用は、リソグラフィシステムの反作用質量を支持するためには好ましくない。主たる問題は、円筒状の構成が、重い反作用質量を支持するのにあまり適していないということである。十分な持上げのために、及び重い荷重下での案内ロッドたわみを最小限にするために、大きな案内ロッド直径が必要とされる。真空室へのガス漏れに対して動的にシールすることは、それぞれの円筒状空気軸受において少なくとも２つの前真空溝（pre-vacuum groove）を必要とし、このこと自体は、付加的な真空ポンプを必要とし、高価なシステムを生じる。シールの動的特性は、真空室へ空気軸受気体の僅かな漏れを生じるおそれがあり、このことは、主真空ポンプの所要のサイズを増大する。シールが故障する可能性があるので、制御された環境内の破局的汚染の危険性が高い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
必要とされているのは、上記反作用質量システムに関連した欠点なしに、制御された環境における処理中にリソグラフィシステムを安定化させる、リニアステージに関連して使用される反作用質量システムである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
リソグラフィ処理中にスキャニングシステムを安定化させるためのシステムが記載されている。本発明によるシステムは、ベースフレームと、少なくとも１つの反作用質量と、複数のベローズとを有している。反作用質量は、少なくとも３つの第１の軸受によってベースフレームに可動に結合されており、少なくとも２つの第２の軸受と少なくとも１つの駆動装置によってステージに結合されている。それぞれのベローズは、対応する第１の軸受を包囲している。本発明の１つの実施形態において、それぞれのベローズは、反作用質量に結合された第１の端部と、ベースフレームに結合された第２の端部とを有している。本発明の１つの実施形態において、第１の軸受は流体軸受であり、この場合、１つの実施形態によれば、流体は加圧ガスであり、別の実施形態によれば、流体は液体膜である。高い持上げ効率及び低いコストのために、全ての流体軸受及び流体軸受が載置される案内路は円筒形ではなく平坦である。別の実施形態において、第１の軸受はころ軸受である。さらに別の実施形態において、第１の軸受は玉軸受である。さらに別の実施形態において、少なくとも１つの第１の軸受は、反作用質量を線形に案内するように位置決めされている。
【００１５】
本発明によるシステムはさらに、制御された環境を有する囲いを有することができる。囲いは、ステージと、第２の軸受と、駆動装置と、反作用質量とを包囲している。この実施形態において、それぞれのベローズは対応する第１の軸受を制御された環境から分離しており、それぞれのベローズの第２の端部は囲いに結合されている。実施形態において、それぞれのベローズの容積は、囲いの容積の圧力から独立した圧力を有する。これは、制御された環境が大気圧でない場合でさえもそれぞれのベローズの容積が大気圧であることができることを意味する。１つの実施形態において、ベースフレームは囲いから解離されている。別の実施形態において、ベースフレームは剛性の支持体を介して囲いに結合されている。さらに別の実施形態において、ベースフレームは可撓性の支持体を介して囲いに結合されている。囲いはさらに、マスクステージ上に配置されたマスクを照明するために使用される照明装置と、照明されたマスクの像を基板ステージ上に配置された基板上に投影するために使用される投影光学系とを含むリソグラフィ露光手段を包囲することができる。
【００１６】
本発明によるシステムにおいて、駆動装置は、ステージに結合されたリニアモータコイルと、反作用質量に結合された磁石とを有しており、リニアモータコイルと磁石とは磁気的に結合されている。
【００１７】
本発明によるシステムにおいて、ステージの質量は反作用質量の質量のＸ倍だけ小さく、ステージの加速に基づき、反作用質量はステージの距離の１／Ｘの距離だけ移動する。それぞれのベローズは、ステージの移動に基づき反作用質量と共に移動することができるように寸法決めされている。
【００１８】
本発明の別の実施形態、特徴及び利点並びに本発明の様々な実施形態の構造及び動作は、添付の図面を参照にして以下に詳細に説明される。
【００１９】
明細書に組み込まれかつ明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明を例示しており、詳細な説明と相俟って、発明の原理を説明するために、及び当業者に発明を形成及び使用することを可能にするために働く。
【００２０】
発明の特徴及び利点は、同一参照符号が終始対応するエレメントを表している図面に関連して読まれた場合に、以下に示される詳細な説明からより明らかになるであろう。図面において、同一参照符号は概して、同一の、機能的に類似の及び／又は構造的に類似のエレメントを指し示している。エレメントが最初に出現する図面は、対応する参照符号の左側の数字によって示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明が特定の用途のために例示的な実施形態に関連して説明されているが、本発明はそれに限定されないということが理解されるべきである。ここに提供された教示へのアクセスを有する当業者は、発明の範囲内での付加的な修正、用途及び実施形態、並びに本発明が重要な役割を果たす付加的な分野を認識するであろう。
【００２２】
運動のニュートンの第３法則は、全ての作用若しくは力に対して、自然に、等しくかつ反対向きの反作用があることを述べている。換言すれば、物体Ｘが物体Ｙに力を加えるならば、物体Ｙも等しくかつ反対向きの力を物体Ｘに加える。リソグラフィ処理システムを含む、機械的又は電気機械的なシステムにおいて使用される反作用質量システムは同じ原理の下で働く。
【００２３】
慣用の反作用質量１１０，２１０が図１Ａ，１Ｂ及び２に示されている。１つ又は２つ以上の反作用質量１１０，２１０を高真空環境において案内するために撓み板を使用することができる。図１Ａの線形ばね１００Ａに示されているように、システムにおけるそれぞれの反作用質量１１０Ａは、反作用質量１１０Ａのそれぞれの端部に取り付けられた２つの大きな垂直方向の撓み板１１５Ａによって支持されることができる。それぞれの撓み板１１５Ａの一端は、システムのベースフレーム１０５Ａにも結合されている。この形式において、撓み板の両端部は、反作用質量の移動時に撓み板が回転できないように拘束されている。ステージ（図示せず）も反作用質量１１０Ａに結合されており、ステージが処理中に加速した場合、システムを安定化させるために、この移動が反作用質量１１０Ａを反対方向に加速させるようになっている。この移動は、図２の上面図の分割反作用質量システム２００に示されている。分割反作用質量システムにおいては、通常、２つの反作用質量が互いに平行に配置されており、これらの反作用質量の間にステージが配置されている。反作用質量はどのような形状であってもよく、添付図面に示されたような形状でなくてもよい。
【００２４】
図２において、ステージ２２０は軸受２２５を介して反作用質量２１０に結合されている。この実施例において、ステージ２２０は、線形コイル２３０及び磁石配列２３５から成る慣用の線形駆動モータを介して駆動され、それぞれの磁石配列は反作用質量２１０に取り付けられている。ステージ２２０が方向２４０に加速すると、反作用質量は反対方向２４５に加速し、外部作用負荷を補償して排除し、これによりシステムを安定させる。
【００２５】
撓み板の使用は様々な問題を生じる。再び図１Ａを参照すると、両撓み板１１５Ａが、その下端部においてベースフレーム１１０Ａに、その上端部において反作用質量に取り付けられている場合、結合されたステージ（図示せず）の加速に基づき、反作用質量１１０Ａは、眉をひそめた形状のアーチ１１６Ａを辿る。換言すれば、それぞれの撓み板１１５Ａは二次エラー（quadratic error）により短縮する。二次エラーの効果は、反作用質量の不平衡な上下運動である。このことは、リソグラフィプロセス中にシステムの望ましくない移動を生ぜしめるのみならず、弾む反作用質量１１０Ａと、使用されているならばリニアモータとの間のクリアランス問題をも生ぜしめる。下側にも拘わらず、この構成の１つの利点は、重力モーメントは曲げモーメントから引き、このことは中心転換力を減じる又は排除するということである。
【００２６】
同様に、図１Ｂにおける線形ばね１００Ｂの描写に示されているように、両撓み板１１５Ｂが、その上端部においてベースフレーム１１０Ｂに、その下端部において反作用質量１１０Ｂに取り付けられている場合、結合されたステージ（図示せず）の加速により反作用質量１１０Ｂは笑顔状のアーチ１１６Ｂを辿る。換言すれば、撓み板１１５Ｂはそれぞれ二次エラーで短縮し、前の実施例と同様の効果を有する。しかしながら、これが生じた場合、重力モーメントと曲げモーメントとが加わり、強い中心転換力（re-centering force）を生じる。中心転換力が強いほど、反作用質量に対する負荷が大きくなり、ひいてはより大きなモータを必要とする。
【００２７】
上記の線形ばね実施例１００Ａ及び１００Ｂが、機械的にコンパクトであり、極めて低い水平方向剛性を有するように設計されることができるにも拘わらず、上記の欠点はこれらの利点よりも重要である。両実施例において、二次エラーによって生ぜしめられる曲線運動は、望ましくない垂直方向反力を生じる。
【００２８】
前述の実施例に示されているように、リソグラフィ処理システムにおける線形ステージによる作用又は加速は、使用される構成に応じて、ステージに直接又は間接的に結合されたこれらのエレメントに様々な望ましくない反動を生じる。これらの望ましくない反動は、リソグラフィシステムの望ましくない移動を含んでおり、これは、時間が経過するにつれてシステムの様々な機械的部分を低下させる又は破壊するか又はリソグラフィ処理の質を低下させる。
【００２９】
本発明は、制御された環境内に配置された反作用質量を支持及び案内するためのあらゆるタイプの軸受を使用する単純化された、より費用有効な方法を提供する。制御された環境（例えば、高真空又は高純度ガス環境）において、発明は、気体軸受において使用されるガス又はころ軸受において使用される潤滑剤等の、軸受に通常関連した汚染物による環境の汚染を回避しながら、軸受の使用を可能にする。しかしながら、本発明は大気圧における使用のためにも容易に適応されることが当業者によって認められるであろう。
【００３０】
本発明による反作用質量機構が図３に示されている。側面図として示された反作用質量機構アセンブリ３００は、少なくとも２つのステージ軸受３２５を介して少なくとも１つの反作用質量３１０に結合されたステージ３２０を有している。ステージ３２０は、リソグラフィシステムにおいて使用されるレチクルステージ又は基板ステージを含むことができるが、これらに限定されない。この実施例において、ステージ３２０は、基板３７０を支持した基板ステージである。リソグラフィ露光手段３７２も示されている。リソグラフィ露光手段３７２は、照明装置と、投影光学系とを有しており、照明装置によって、マスクステージ上に配置されたマスクを照明し、投影光学系によって、照明されたマスクの像を基板ステージ３２０上に配置された基板３７０上に投影する。ステージ軸受３２５はどのようなタイプの軸受であってもよい（例えば玉軸受、ころ軸受、車輪、流体軸受（液体又は加圧ガスを含む）等）。しかしながら、制御された環境において使用されるならば、ステージ軸受３２５は、この環境に適した軸受であるべきである。図示された実施形態において、ステージ３２０は、線形コイル３３０と磁石配列３３５とから成る慣用の線形駆動モータを介して駆動される。磁石配列３３５は反作用質量３１０に取り付けられている。
【００３１】
制御された環境３５５を含む実施形態において、囲い３５０は、基板３７０を保持するステージ３２０と、反作用質量３１０と、ステージ軸受３２５と、線形駆動モータコイル３３０と、磁石配列３３５とを包囲している。囲い３５０はさらに、リソグラフィ露光手段３７２を包囲することができる。反作用質量３１０は、ベースフレーム３０５に結合された少なくとも３つのベースフレーム軸受３６０によって支持されている。実施形態において、ベースフレーム３０５は、図３に示されたように、囲い３５０から解離されている。別の実施形態において、ベースフレーム３０５は剛性の支持体（図示せず）によって囲い３５０に結合されている。さらに別の実施形態において、ベースフレーム３０５は、可撓性の支持体（図示せず）によって囲い３５０に結合されている。
【００３２】
ベローズと平衡質量との間の漏れ防止シールを得るために、より一般的な多孔質の花崗岩ではなく金属から形成された反作用質量３１０を使用することが望ましい。例えば、反作用質量３１０はステンレス鋼から形成されることができる。択一的に、金属プレート３７１が花崗岩反作用質量に結合されることができ、これにより、軸受及びベローズは、花崗岩ではなく金属プレートに接する。例えば、軸受は金属プレート３７１に沿って摺動することができる。付加的に、ベローズは、漏れ防止シールを形成するために金属プレートに直接に溶接されることができる。
【００３３】
ベースフレーム軸受３６０は、どのようなタイプの軸受であってもよい（例えば、玉軸受、ころ軸受、車輪、流体軸受（液体又は加圧ガスを含む）等）。それぞれのベースフレーム軸受３６０は、ベローズ３６５を介して、制御された環境３５５から分離されている。ベローズ３６５は、極めて薄い金属シート（例えばステンレス鋼）から形成されることができるが、その他の材料を有効に使用することができる。全ての方向で剛性を最小限にするために、ベローズは概して、実用に適した程に薄い材料から構成されている。このようタイプの用途において、ベローズ３６５は、０．０２５ｃｍ（約０．０１インチ）のオーダの厚さの材料から構成されている。ベローズ３６５の内径は、少なくともベースフレーム軸受３６０と、反作用質量３１０移動長さとを含むように十分に大きくなければならない。溶接された構成のベローズ３６５の場合には、外径は、内径よりも約５ｃｍ（約２インチ）大きいことが推奨される。低い横方向剛性は、反力をベローズ３６５を介して囲い３５０に伝達することを最小限にするために望ましく、この低い横方向剛性を得るために、ベローズの高さは外径と同じであるか又はこれよりも大きいことが推奨される。ベローズ３６５の上部は反作用質量３１０に結合されている。ベローズ３６５の底部は囲い３５０に結合されている。実施形態において、ベローズ３６５の上部は、図４に示されているように、上部フランジ４７５を介して反作用質量３１０に結合されている。ベローズ拡大図４００は、下部フランジ４８０を介して囲い３５０に結合されたベローズ３６５の底部をも示している。ベローズ３６５は、フランジ４７５に溶接されることができるか、又はその他の慣用の手段によって固定されることができる。
【００３４】
再び図３を参照すると、ベローズ３６５は、反作用質量と共に移動するように十分に可撓性であるが、ベースフレーム軸受３６０に関連した汚染物が制御された環境３５５を汚染するのを防止するためにシールを形成している。この形式において、ベローズ３６５は、ベローズ３６５の容積と制御された環境３５５の容積との間の圧力分離を維持する。幾つかの実施形態の場合には、図３に示されているように囲い３５０がベローズ３６５を完全に包囲する必要が無いことが認められるであろう。択一的に、ベローズ３６５の容積は、ベローズ３６５の容積を制御された環境３５５から分離するシールを依然として維持しながら、大気へ開放されることができる。
【００３５】
ベローズ３６５は制限された運動範囲しか有していない。したがって、ベローズ３６５は、軸受と反作用質量との所要の相対移動量のためにベースフレーム軸受３６０の寸法を収容するように十分に大きい必要がある。ベローズはステージ軸受３２５と共に使用されることができ、これによりステージ自体が平坦な空気軸受によって支持されることを可能にするということが当業者によって認められるであろう。しかしながら、ステージ３２０は、通常、関連する反作用質量よりも著しく大きな運動範囲を有しており、これは、通常の金属ベローズが収容するには大きすぎる。
【００３６】
前述のように、リソグラフィシステムにおいてステージが一方向に移動すると、ステージに結合された反作用質量が反対方向へ移動し、反力がリソグラフィシステムの他の部分に伝達するのを防止する。ステージの質量及び反作用質量が、この反力補償のために反作用質量がどのくらい移動する必要があるかを決定する。運動量保存の原理を実施例に当てはめると、反作用質量の合計質量がステージの質量のＸ倍であるならば、反作用質量は、ステージとは反対方向に、ステージの距離の１／Ｘの合計だけ移動する。線形モータのコイル部分は、ステージの質量にステージの加速度を乗じたものに等しい力を供給する。線形モータの磁石軌道部分は、等しくかつ反対方向の力を受け、磁石軌道部分はこの力を反作用質量に伝達し、反作用質量をステージの１／Ｘの割合で加速する。真空室は、ベローズの組み合わされた横方向剛性に反作用質量の移動を乗じたものに等しい水平方向の力を受ける。真空室がベースフレームから解離されているならば、ベースフレームは反力を受けない。この機構の付加的な利点は、リソグラフィシステムの全構造の重心が所定の位置にとどまり、ひいてはベースフレームが、ベースフレームが支持する構成部材の重心のシフトによる傾斜モーメントを受けないということである。
【００３７】
図３を参照すると、例えば、ステージ３２０が３００ｍｍ（約１２インチ）だけ移動し、反作用質量３１０の重量がステージ３２０の重量の１０倍であるならば、反作用質量３１０はステージ３２０の距離の１／１０だけ移動する（すなわち、反作用質量３１０は３０ｍｍ（約１．２インチ）だけ移動する）。換言すれば、反作用質量が重いほど、反力補償を行うために反作用質量が移動する必要のある距離が短くなる。重い反作用質量が必ずしも大きな反作用質量を意味することは認められないであろう。本発明は、小さな距離しか移動する必要のないより重い反作用質量と共に最も有効に使用される。短い距離を移動することしか必要としないより重い反作用質量のためには、短い軸受を使用することができる。なぜならば、ベローズが極めて大きく撓む必要がないからである。ベローズは、制限された運動範囲しか許容せず、したがって、短い距離しか移動する必要のない反作用質量と共に使用される場合により効果的である。
【００３８】
平面を規定する、同一線上にない３つの箇所において反作用質量を支持するために、３つのベースフレーム軸受を使用することができることが認められるであろう。ベースフレーム軸受が反作用質量の全長に沿っている必要がないことも認められるであろう。
【００３９】
本発明の実施形態による、反作用質量軸受配列の部分的側面図が図５に示されている。部分的側面図５００が示しているように、本発明の実施形態は反作用質量３１０を有しており、この反作用質量３１０は、ベースフレーム軸受３６０によって規定された平面に対して垂直な平面においてステージ３２０及び反作用質量３１０に並んで少なくとも１つの付加的な軸受の使用を許容するような形状を有している。例えば、ベースフレーム側部案内軸受５９０は、ベースフレーム側部案内ベローズ５９５と相俟って、反作用質量３１０を線形に案内する。ベースフレーム側部案内軸受５９０及びベースフレーム側部案内ベローズ５９５は、基本的に、反作用質量３１０の位置換えされたベースフレーム軸受３６０及びベローズ３６５である。同様に、ステージ側部案内軸受５８５はステージ３２０を線形に案内する。ステージ側部案内軸受５８５は基本的に、ステージ３２０の側部に位置換えされたステージ軸受３２５である。これらの側部支持軸受５８５，５９０は、リソグラフィ中にステージ３２０及び反作用質量３１０の移動を水平方向で案内する。
【００４０】
結論
本発明の多くの論じられた利点の中で、本発明の実施形態は、提案された複合的な撓み板配列よりも著しく単純な、リソグラフィシステムのための反作用質量軸受配列を提供する。単純な撓み板ガイドとは異なり、本発明は、システムのコスト、寸法及び重量を低く保ちながら、アーチ状運動とは異なり、実質的に直線的な又は平面的な運動を生ぜしめる。発明は、汚染防止型軸受を使用することに制限されない、制御された環境において使用されるリソグラフィシステムのための極めて有効な反作用質量軸受配列をも提供する。
【００４１】
本発明の様々な実施形態が上に説明されたが、これらの実施形態は限定としてではなく例としてのみ示されていることが理解されるべきである。添付の請求項に定義されたような発明の思想及び範囲から逸脱することなく形式及び詳細における様々な変更を行うことができることが当業者によって理解されるであろう。つまり、本発明の広さ及び範囲は、上述の典型的な実施形態の何れによって制限されるべきではなく、請求項及び請求項の均等物に基づいてのみ定義されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】撓み板を備えた線形ばねの典型的な図であり、この場合、ステージが、眉をしかめたようなアーチ状経路を移動するようになっている。
【００４３】
【図１Ｂ】撓み板を備えた線形ばねの典型的な図であり、この場合、ステージが、笑顔状のアーチ状経路を移動するようになっている。
【００４４】
【図２】分割反作用質量システムの典型的な上面図であり、ステージが移動する場合の反作用質量の移動方向を示している。
【００４５】
【図３】本発明の実施形態による、制御された環境内にベローズを備えた反作用質量アセンブリの図である。
【００４６】
【図４】ベローズ及びベローズ結合部の拡大図である。
【００４７】
【図５】本発明の実施形態によるベローズを備えた反作用質量アセンブリの部分的な側面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１１０，２１０  反作用質量、  １００Ａ，１００Ｂ  線形ばね、  １０５Ａ  ベースフレーム、  １１０Ａ  反作用質量、  １１５Ａ，１１５Ｂ  撓み板プレート、  ２００  分割反作用質量システム、  ２１０  反作用質量、  ２２０  ステージ、  ２２５  軸受、  ２３０  線形コイル、  ２３５  磁石配列、  ３００  反作用質量委機構、  ３０５  ベースフレーム、  ３１０  反作用質量、  ３２０  ステージ、  ３２５  ステージ軸受、  ３３０  線形コイル、  ３３５  磁石配列、  ３５０  囲い、  ３５５  制御された環境、  ３６０  ベースフレーム軸受、  ３６５  ベローズ、  ３７０  基板、  ３７１  金属プレート、  ３７２  リソグラフィ露光手段、  ４７５  ベローズ、  ４８０  下部フランジ、  ５８５，５９０  側部支持軸受、  ５９５  ベースフレーム側部案内ベローズ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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