(57)【要約】【課題】高精度な浮上位置決めが可能であり、可動台が2次元平面で回転している状態からも迅速に浮上させることができ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１は、可動台３が浮上用電磁石４で支持して固定部２に対して直交２軸方向に移動可能にするとともに、Ｙ軸リニアモータ５とＸ軸リニアモータ６a、６ｂで、可動台３を駆動して位置決めするものであり、非接触支持された可動台が非浮上時に２次元平面で回転していても、浮上後に可動台に装着された回転角度センサ信号に基づいて可動台を駆動するＸ軸リニアモータ６a、６ｂにて回転補正し、可動台の位置決め用リニアエンコーダを検出可能な状態にするものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元平面の1軸方向の両端が開口するとともに、下面に前記軸方向に伸びる溝状の開口を備えた略矩形の形状をしかつ浮上用電磁石を配設して成る固定台と、前記浮上用電磁石に作用する浮上用磁石片を備えて非接触磁気浮上方式により前記固定台の前記開口内に支持される可動台と、前記可動台の中央に配置された２次元リニアセンサと、前記２次元リニアセンサの検出信号を基に前記可動台を２次元平面内で制御駆動するリニアモータと、からなるステージ装置において、
前記可動台が移動する２次元平面の長ストロークのＹ軸方向に、Ｘ軸方向のストローク長より長いスリット長さを有する磁性体スリット板を前記可動台の中心線に対し所定の間隔を開けて平行に２本配置し、前記磁性体スリット板に対向して９０度位相の２相正弦波信号を発生する磁気センサを対向させてストロークセンタ付近に配置し、走行範囲全域に渡り、前記可動台の２次元平面内での回転角度を計測する回転角検出センサを設けたことを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
前記可動台の回転角度は、前記磁気センサの９０度位相の２相信号を位相変調し、両端に配置されたセンサ信号の位相変調信号の位相差から求め、前記回転角度の信号を基に前記可動台の両端に設けたリニアモータの推力を制御することにより、前記可動台の２次元平面内での回転角度を補正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】
真空チャンバ内に、光源と、前記光源からの光を反射・集光する光学系と、下面にマスクを取り付けることのできるマスクステージ装置と、ウエハを載置するウエハステージと、を備え、前記ステージ装置および前記ウエハステージを相対的に移動させて、前記マスク上に描かれた回路パターンの縮小像を前記ウエハ上に形成する露光装置において、
前記マスクステージ装置は、請求項１〜２に記載のステージ装置を備えたことを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動台が非接触に支持された状態で任意の位置に位置決めされるステージ装置およびこのステージ装置を用いた露光装置に関するもので、特にステージの平行度を検出するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体集積回路や液晶基板の回路基板を感光基板に転写するために、投影露光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
近年マスクパターンの微細化が進み、そこに使用されるステージ装置はより精密な位置決め性能が要求されるようになってきた。このような精密な位置決め性能を満たすステージ装置として、本願出願人らが提案したものがある（特願２００５−１０６２１４号）。
図８はこのステージ装置を示す図で、（ａ）はステージ装置の上面図、（ｂ）は同じくＹ軸方向から見た側面図である。
図において、１はステージ装置、２は固定台、３は可動台、４は浮上用電磁石、５はＹ軸リニアモータ、６はＸ軸リニアモータ、８は２次元リニアセンサである。
ステージ１は、浮上用電磁石４と、Ｙ軸リニアモータ５と、Ｘ軸リニアモータ６と、２次元リニアセンサ８等を具備した固定台２と、Ｙ軸リニアモータ５およびＸ軸リニアモータ６から位置決めされる可動台３から構成されている。
固定台２は、Ｙ軸方向の両端が開口するとともに、下面にＹ軸方向に伸びる溝状の開口を備えた略矩形の形状をしており、貫通傾斜穴９が天板に設けられている。貫通傾斜穴９は可動台３または被搬送物１５の位置を計測する光学式計測器の光軸を通すために、光軸に沿って傾斜して貫通している。光軸が被搬送物１５に当たるように可動台３と交わる箇所に穴１６が設けられている。
固定台２は、互いに平行に配置された２組のＹ軸リニアモータ５と片側に所定間隔を開けて配置された２組のＸ軸リニアモータ６を備えている。
また、固定台２の天板２ａと底板２ｂには、浮上用電磁石４、Ｙ軸リニアモータ５およびＸ軸リニアモータ６の固定子が上下対称に配置され、浮上用電磁石４は少なくとも3個、図８（ａ）では、４分割して互いに間隔を開けて光軸を避けて配置されている。
可動台３は固定台２に取り付けられた浮上用電磁石４で支持され、Ｘ軸およびＹ軸方向に自在に移動できる。また、可動台３の上面および下面に、浮上用磁性片１７、Ｙ軸リニアモータ５およびＸ軸リニアモータ６の可動子が配置されている。可動台３はＸ軸リニアモータ６とＹ軸リニアモータ５によって駆動されて、Ｘ軸およびＹ軸方向に自在に移動する。ただし、この例ではＸ軸方向のストロークはＹ軸方向に比べて小さい。
２次元リニアスケール７は、可動台３の中央、２組のＹ軸リニアモータ５の中間にＹ軸リニアモータ５と平行に固定されている。２次元リニアスケール７はＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を検出する目盛を刻んだリニアスケールであり、例えば、独ハイデンハイン社の２軸座標測長システム（ＰＰ２７１Ｒ、ＰＰ２８１Ｒ）などが用いられている。
２次元リニアセンサ８は、固定台２にＹ方向（図８（ｂ）で紙面に垂直方向）に所定の間隔を開けて２台取り付けられている。２次元リニアセンサ８は２次元リニアスケール７の目盛を読んで、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の位置を求めるセンサであり、例えば、前述の独ハイデンハイン社のＰＰ２７１Ｒ、ＰＰ２８１Ｒの２次元リニアエンコーダセンサなどが用いられている。
低精度ギャップセンサ１２は、固定台２に設置されており装置の立上げ時に用いる。低精度ギャップセンサ１２に対向するターゲット１３(低精度ギャップセンサおよび回転検出ギャップセンサ兼用)は可動台３に配置されている。
高精度ギャップセンサ１０は、可動台３の上面に設けられており装置の立上げ後の浮上制御に用いるものである。高精度ギャップセンサ１０に対向するターゲット１１は固定台２に配置されている。
【０００４】
以上のように、非接触軸受けにて支持されたステージの場合は、非浮上時は可動台３の拘束が解かれるため固定台２に対して可動台３が２次元平面内で回転する可能性がある。その状態から浮上させても、可動台３が２次元平面で回転していれば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の位置を求める２次元リニアエンコーダのスケール７とセンサ８が許容アジマス角度範囲にないため、浮上後にエンコーダ情報を読み取ることができず、Ｘ方向およびＹ方向の位置決め制御を行うことができない。よって、可動台３を浮上後に回転補正を行い固定台２と平行にするための可動台平行化機構を設ける必要があった。
図８と図９を参照して可動台平行化機構を説明する。回転検出ギャップセンサ１４は可動台３のＸ方向位置を計測し、２つのセンサ１４の各信号の差分値から、固定台２に対する可動台３のＸ方向の傾きを求める。可動台３の傾きが、図９（ａ）に示すように可動台３が２次元リニアセンサ８の許容相対角度以上の傾きを持っていた場合には、互いに距離を設けて配置されている２個の直動アクチュエータ１８がそのプッシャ１８ａで図９（ｂ）に示すように可動台３に向けて押し出し、可動台３が固定台２の反対方向に設けた２個の位置決めブロック１９に押し付けることによって、可動台３を固定台２と平行にできるというものである。
【特許文献１】特開２００２−２６１０００号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の可動台平行化機構には、回転検出ギャップセンサ１４、回転検出ギャップセンサ用のターゲット１３、直動アクチュエータ１８などの部品の装着が必要であり、装置の小型化の支障になっていた。特に、Ｘ軸のストロークが長い場合には、回転検出ギャップセンサ１４の外形寸法が大きくなるため、装置の小型をより困難にしていた。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、平面の回転角を検出でき、磁気浮上制御に必要なギャップのみ検出するセンサを設けることにより、簡素な構造でかつ小型高精度のステージ装置およびこのステージ装置を用いた露光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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明はつぎのように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、ステージ装置に係わり、２次元平面の1軸方向の両端が開口するとともに、下面に前記軸方向に伸びる溝状の開口を備えた略矩形の形状をしかつ浮上用電磁石を配設して成る固定台と、前記浮上用電磁石に作用する浮上用磁石片を備えて非接触磁気浮上方式により前記固定台の前記開口内に支持される可動台と、前記可動台の中央に配置された2次元リニアセンサと、前記２次元リニアセンサの検出信号を基に前記可動台を２次元平面内で制御駆動するリニアモータと、から成るステージ装置において、
前記可動台が移動する２次元平面の長ストロークのＹ軸方向に、Ｘ軸方向のストローク長より長いスリット長さを有する磁性体スリット板を前記可動台の中心線に対し所定の間隔を開けて平行に２本配置し、前記磁性体スリット板に対向して９０度位相の２相正弦波信号を発生する磁気センサを対向させてストロークセンタ付近に配置し、走行範囲全域に渡り、前記可動台の２次元平面内での回転角度を計測する回転角検出センサを設けたものである。
請求項２に記載の発明は、  前記可動台の回転角度を前記磁気センサの９０度位相の２相信号を位相変調し、両端に配置されたセンサ信号の位相変調信号の位相差から求め、前記回転角度の信号を基に前記可動台の両端に設けたリニアモータの推力を制御することにより、前記可動台の２次元平面内での回転角度を補正するものである。
請求項３に記載の発明は、露光装置に係わり、真空チャンバ内に、光源と、前記光源からの光を反射・集光する光学系と、下面にマスクを取り付けることのできるマスクステージ装置と、ウエハステージとを備え、前記ステージ装置および前記ウエハステージを相対的に移動させて、前記マスク上に描かれた回路パターンの縮小像を前記ウエハ上に形成する露光装置において、前記マスクステージ装置は、請求項１〜２に記載のステージ装置を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１〜２に記載の発明によれば、非接触軸受けにて支持された可動台が非浮上時に2次元平面で回転していても、まず、可動台の回転角度信号を基に可動台をＸ軸方向およびＹ軸方向に駆動するリニアモータによって回転補正し、次に、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の精密位置決めに用いるエンコーダ信号による位置制御に切り替え、装置立ち上げを速やかに行うことができる。
可動台を浮上させる前または浮上後に可動台を回転補正し平行化するための機構を付加する必要がないため、ステージの小型化が可能である。
請求項３に記載の発明によれば、可動台が非接触に支持されたステージ装置により、簡素な構造でかつ小型で高精度の露光装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明に係わる可動台３の回転角度を検出するセンサ配置を示すステージ装置の上面図と側断面図である。
図において、６、６a、６ｂはＸ軸リニアモータ、２０、２０a、２０bは回転角度検出センサヘッド、２１、２１a、２１bは磁性体スリット板である。その他の符号は従来例と同じである。
回転角度検出センサヘッド２０a、２０bは、固定台２にＸ軸方向（図１(b)で紙面に水平方向）に所定の間隔を開けて２個配置されている。可動台３上には、Ｘ軸方向にストローク長より長いスリット長を有し、かつＹ軸方向にスリットピッチ間隔をＰとした配列の図２３に示す磁性体スリット板２１a、２１bが、所定の間隔を開けて設置される回転角度検出センサヘッド２０a、２０bに対向して固定台３に装着されている。回転角度検出センサヘッド２０a、２０bと磁性体スリット板２１a、２１bは、数百ミクロン〜数ミリの空隙を介して対向配置される。磁性体スリット板２１a、２１bは、エッチング等の加工技術により、たとえば、ケイ素鋼板等の磁性体にスリットを形成して製作される。
回転角度検出センサヘッド２０は、図３に示すように、それぞれＭＲ素子２３〜２６からなる磁気センサと、バイアス磁束を発生させるバイアス磁石２７、図４の基本検出回路が一体になったもので構成され、ＭＲ素子２３〜２６の抵抗変化を電圧信号に変換する。ＭＲ素子２３〜２６は磁性体スリット板２１のスリット２２のピッチ間隔をＰとしたとき、Ｐ／４のピッチ間隔で各磁気センサヘッド内に配列されている。図５は回転角度検出センサヘッド２０a、２０bの信号を受けて回転角度を求める信号処理回路である。
可動台３の回転角度検出原理について説明する。可動台３が走行すると図１の回転角度検出センサヘッド２０a、２０bの下をスリット磁性体板２１a、２１bのスリット２２が通過し、スリット２２の有無に伴う磁束変化によりＭＲ素子２３〜２６の抵抗値が変化する。この抵抗変化は図５の基本検出回路で９０度位相の異なるＡ相、Ｂ相の正弦波信号に変換されて出力される。各信号を位相変調回路２８ａ、２８ｂで位相変調する。ここで、位相変調とは、磁性体スリットの移動によるスリット変位量をｘ、Ａ相信号VAとＢ相信号VBをそれぞれ
VA＝V0sin（2π・x/P）                                 （１）
VB＝V0cos（2π・x/P）                                 （２）
としたとき、それぞれ振幅がV1で角周波数ωt（2π・x/P<<ωt）の搬送波V1sinωt、V1cosωtで平衡変調して加算するものであり、被変調信号Sは、次のように表すことができる。
S＝V0V1sin(2π・x/P)sinωt＋V0V1cos(2π・x/P)cosωt 
＝(V0V1/2)｛（cos(ωt−2π・x/P)−cos(ωt＋2π・x/P) 
＋cos(ωt−2π・x/P)＋cos(ωt＋2π・x/P)）
＝V0V1cos(ωt−2π・x/P)                               （３）
すなわち、Ａ相、Ｂ相信号の電圧信号を角周波数ωtの搬送波で平衡変調して加算すれば、ｘ変位すると被変調信号Ｓの位相が2π・x/Pだけ変化することになり、磁性スリットの変位情報を位相信号に変換することができる。
例えば、図６に示すように、可動台３が２次元平面で回転していると、２つの回転角度検出センサヘッド２０a、２０bの出力間に位相差が生じる。回転角度検出センサヘッド２０aから得られる位相変調信号Ｓと回転角度検出センサヘッド２０ｂから得られる位相変調信号Ｓの位相を比較すると、位相変化から可動台３の回転角度を求めることができる。可動台３が２次元平面で回転が生じていない場合には位相差は生じない。
この可動台３の２次元平面での回転角を検出し、この回転角度情報を基に可動台３に装着された２組のＸ軸方向のリニアモータ６ａ、６ｂで可動台３の回転角を修正し、Ｘ方向およびＹ方向の位置を計測するリニアエンコーダのスケール７とセンサ８を許容アジマス角度範囲に調整することができる。
【実施例２】
【００１０】
図７は、本発明の実施例２を示す露光装置の説明図である。
図において、３１は露光装置であり、３２は露光装置３１を収納する真空チャンバーである。３３は光源であり、波長０．１〜４００ｎｍのＥＵＶ光を発する。３４はマスクステージ装置であり、実施例１で説明した２軸位置決め装置である。マスクステージ装置３４の下面にはマスク３５が取り付けられている。マスク３５にはウェハ３６に形成される回路のパターンが描かれている。ウェハ３６はウェハステージ３７に載置されている。
光源３３を発したＥＵＶ光は集光ミラー３８で集光され、マスク３５で反射され、凹面ミラー３９、凸面ミラー４０、４１、凹面ミラー４２の順に反射を繰り返して、ウェハ３６に達する。また、マスクステージ装置３４およびウェハステージ３７は、ウェハ３６の表面にマスク３５上に描かれた回路パターンの縮小像をウェハ３６上に形成するように、相対的に位相を合せて移動する。
【産業上の利用可能性】
【００１１】
本発明は、半導体製造等の分野で、対象物を平面内で自在に位置決めするステージ装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１を示すステージ装置の上面図と側断面図である。
【図２】図１の磁性体スリット板を示す拡大平面図である。
【図３】図１の回転角度検出ヘッドを示す拡大平面図である
【図４】本発明に係る回転角度検出ヘッドの基本検出回路を示す説明図である。
【図５】本発明に係る回転角度検出の信号処理回路を示すブロック図である。
【図６】本発明に係るセンサ配置図を示す上面図である。
【図７】本発明の実施例２を示すステージ装置を備えた露光装置の原理図である。
【図８】従来のステージ装置を示す上面図と側断面図である。
【図９】従来のステージ装置の回転検出動作を示す上面図である。
【符号の説明】
【００１３】
１  ステージ装置
２  固定台
３  可動台
４  浮上用電磁石
５  Ｙ軸リニアモータ
６、６a、６ｂ  Ｘ軸リニアモータ
７  ２次元リニアスケール
８  ２次元リニアセンサ
９  貫通傾斜穴
１０  高精度ギャップセンサ
１１  ターゲット（高精度ギャップセンサ用）
１２  低精度ギャップセンサ
１３  ターゲット（低精度ギャップセンサおよび回転検出ギャップセンサ兼用）
１４  回転検出ギャップセンサ
１５  被搬送物
１６  光軸用穴
１７  浮上用磁性片
１８  直動アクチュエータ
１８a  プッシャ
１９  位置決めブロック
２０、２０a、２０b  回転角度検出センサヘッド
２１、２１a、２１b  磁性体スリット板
２２  スリット（磁性体スリット板）
２３、２４、２５、２６  ＭＲ素子
２７  バイアス磁石
２８、２８a、２８b  位相変調回路
２９  位相差検出回路
３１  露光装置
３２  真空チャンバ
３３  光源
３４  マスクステージ装置
３５  マスク
３６  ウェハ
３７  ウェハステージ
３８  集光ミラー
３９  凹面ミラー
４０、４１  凸面ミラー
４２  凹面ミラー
【図１】
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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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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