(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向を含む基準面上で第１方向に移動可能な第１ステージと、該第１ステージを該第１方向に移動させる第１ステージ駆動手段と、該基準面上で該第１方向と交差する鉛直方向を含む第２方向に移動可能な第２ステージと、該第２ステージを該第２方向に移動させる第２ステージ駆動手段と、
該第２ステージと反対方向に移動する第２質量体と、該第２質量体を駆動する第２質量体駆動手段とを有する機構とを有し、
前記第２ステージと前記第２質量体の重量を釣合わせて重力補償を行うように、前記第２ステージと前記質量体が滑車とベルトにより連結されていることを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
前記第１ステージ駆動手段および前記第２ステージ駆動手段はリニアモータであることを特徴とする請求項１記載のステージ装置。
【請求項３】
前記第２質量駆動手段はリニアモータであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のステージ装置。
【請求項４】
第１方向に移動可能な第１ステージと、第１方向と交差する鉛直方向を含む第２方向に移動可能な第２ステージと、
該第２ステージおよび該第２ステージと反対方向に移動する第２質量体に、磁石とコイルのうちのそれぞれ異なる一方を取付けて構成される機構を有し、
前記第２ステージと前記第２質量体の重量の重力補償を行うように、前記第２ステージと前記質量体が滑車とベルトにより連結されていることを特徴とするステージ装置。
【請求項５】
前記第２質量体を複数個配置したことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のステージ装置。
【請求項６】
第２ステージの駆動に伴って発生する反力または重心変化を軽減させるように、前記第２質量体が移動することを特徴とする請求項１〜５いずれか記載のステージ装置。
【請求項７】
鉛直方向を含む基準面上で第１方向に移動可能な第１ステージと、該第１ステージを該第１方向に移動させる第１ステージ駆動手段と、該基準面上で該第１方向と交差する鉛直方向を含む第２方向に移動可能な第２ステージと、該第２ステージを該第２方向に移動させる第２ステージ駆動手段と、
該第１ステージと反対方向に移動する第１質量体と、該第１質量体を駆動する第１質量体駆動手段とを有する第１機構と、
該第２ステージと反対方向に移動する第２質量体と、該第２質量体を駆動する第２質量体駆動手段とを有する第２機構とを有し、
前記第２ステージと前記質量体の重量を釣合わせて重力補償を行うように前記第２ステージと前記第２質量体が滑車とベルトにより連結されていることを特徴とするステージ装置。
【請求項８】
前記滑車は前記第２ステージを支持する第１滑車と、前記第２質量体を支持する第２滑車とを有し、前記第１滑車と前記第２滑車とのプーリー径比は、該第２ステージと該第２質量体との質量比の逆数とほぼ等しいことを特徴とする請求項１〜７いずれか記載のステージ装置。
【請求項９】
鉛直方向を含む基準面上で第１方向に移動可能な第１ステージと、該第１ステージを該第１方向に移動させる第１ステージ駆動手段と、該基準面上で該第１方向と交差する鉛直方向を含む第２方向に移動可能な第２ステージと、該第２ステージを該第２方向に移動させる第２ステージ駆動手段と、
該第２ステージと反対方向に移動する第２質量体と、該第２質量体を駆動する第２質量体駆動手段とを有する機構とを有し、
前記第２ステージの重力補償を行う第１シリンダ機構と、前記第２質量体の重力補償を行う第２シリンダ機構とを有し、前記第２ステージと前記第２質量体の重量を釣合わせて重力補償を行うように、該第１シリンダ機構と該第２シリンダ機構が連結されていることを特徴とするステージ装置。
【請求項１０】
前記第１シリンダ機構のピストンの断面積と、前記第２シリンダ機構のピストンの断面積との比は、前記第２ステージと前記第２質量体との質量比とほぼ等しいことを特徴とする請求項９記載のステージ装置。
【請求項１１】
移動可能なステージと、該ステージと反対方向に移動する質量体と、該ステージに接続された第１シリンダ機構と、該質量体に接続された第２シリンダ機構とを有し、
前記第１シリンダ機構と前記第２シリンダ機構は連結され、前記第１シリンダ機構のピストンの断面積と、前記第２シリンダ機構のピストンの断面積との比は、前記ステージと前記質量体との質量比とほぼ等しいことを特徴とするステージ装置。
【請求項１２】
前記ステージの移動に伴って発生する反力または重心位置変化を軽減させるように、前記質量体が移動することを特徴とする請求項１１に記載のステージ装置。
【請求項１３】
前記ステージは、鉛直方向を含む方向に移動可能であることを特徴とする請求項１１または１２記載のステージ装置。
【請求項１４】
前記第１シリンダ機構は前記ステージの重量を鉛直方向に支持し、前記第２シリンダ機構は前記質量体の重量を鉛直方向に支持することを特徴とする請求項１３記載のステージ装置。
【請求項１５】
鉛直方向を含む方向に移動可能なステージと、該ステージと反対方向に移動する質量体と、該ステージに接続された第１シリンダ機構と、該質量体に接続された第２シリンダ機構とを有し、前記第１シリンダ機構は前記ステージの重量を鉛直方向に支持し、前記第２シリンダ機構は前記質量体の重量を鉛直方向に支持し、前記ステージと前記質量体の重量を釣合わせて重力補償を行うように、前記第１シリンダ機構と前記第２シリンダ機構が連結されていることを特徴とするステージ装置。
【請求項１６】
前記ステージを駆動するステージ駆動手段と、前記質量体を駆動する質量体駆動手段とのうち少なくとも一方を備えたことを特徴とする請求項１１〜１５いずれか記載のステージ装置。
【請求項１７】
前記前記ステージ駆動手段および前記質量体駆動手段はリニアモータであることを特徴とする請求項１６記載のステージ装置。
【請求項１８】
請求項１〜１７いずれか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。
【請求項１９】
前記露光装置はＸ線露光装置であることを特徴とする請求項１８記載の露光装置。
【請求項２０】
請求項１８または１９記載の露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造のリソグラフィ工程で使用する露光装置や各種精密加工機または各種精密測定器等で使用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やデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体デバイス製造に用いられる露光装置として、いわゆるステッパと呼ばれる装置が知られている。このステッパは、半導体ウエハを投影レンズ下でステップ移動させながら、レクチル上に形成されているパターン像を投影レンズでウエハ上に縮小投影し、１枚のウエハ上の複数箇所に順次露光していくものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の露光装置で処理される半導体ウエハについては、半導体素子の大面積化およびコスト削減を図るために、大口径、大サイズの半導体ウエハを用いる傾向にある。また、半導体素子の高集積化とともに、より高速且つ高精度の位置合わせが可能な位置決め装置が望まれている。
【０００４】
搭載する半導体ウエハの大口径化に対応し、高速・高精度のＸＹステージの要求を満たすためには、ＸＹステージの動特性の向上を図らなければならず、ガイド剛性を上げる等の必要があり、ステージ重量は単にストロークアップによる重量増加分より更に増大せざるを得ない。更に、高スループット化に対応するためにＸＹステージの移動加速度および移動速度のアップを図り移動時間短縮を狙うと、ステージ移動の構造体の相対的剛性低下と合わせて、構造体強化による装置の大型化、コストアップが生じるといった課題がある。
【０００５】
本発明の目的は、従来技術の問題点に鑑み、露光装置、各種精密加工機または各種精密測定器に用いられるステージ装置において、簡単な構成により、ステージ加振力増大に伴う振動の伝達を防止し、高速、高精度な位置決めが行えるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明のステージ装置の第１の好ましい形態は、
鉛直方向を含む基準面上で第１方向に移動可能な第１ステージと、該第１ステージを該第１方向に移動させる第１ステージ駆動手段と、該基準面上で該第１方向と交差する鉛直方向を含む第２方向に移動可能な第２ステージと、該第２ステージを該第２方向に移動させる第２ステージ駆動手段と、該第２ステージと反対方向に移動する第２質量体と、該第２質量体を駆動する第２質量体駆動手段とを有する機構を有し、前記第２ステージと前記第２質量体の重量の重力補償を行うように、前記第２ステージと前記質量体が滑車とベルトにより連結されていることを特徴とするステージ装置である。
【０００７】
また、本発明のステージ装置の第２の好ましい形態は、
鉛直方向を含む基準面上で第１方向に移動可能な第１ステージと、該第１ステージを該第１方向に移動させる第１ステージ駆動手段と、該基準面上で該第１方向と交差する鉛直方向を含む第２方向に移動可能な第２ステージと、該第２ステージを該第２方向に移動させる第２ステージ駆動手段と、該第２ステージと反対方向に移動する第２質量体と、該第２質量体を駆動する第２質量体駆動手段とを有する機構とを有し、前記第２ステージの重力補償を行う第１シリンダ機構と、前記第２質量体の重力補償を行う第２シリンダ機構とを有し、前記第２ステージと前記第２質量体の重量を釣合わせて重力補償を行うように、該第１シリンダ機構と該第２シリンダ機構が連結されていることを特徴とするステージ装置である。
【００１０】
また、本発明のステージ装置の第３の好ましい形態は、
鉛直方向を含む方向に移動可能なステージと、該ステージと反対方向に移動する質量体と、該ステージに接続された第１シリンダ機構と、該質量体に接続された第２シリンダ機構とを有し、前記第１シリンダ機構は前記ステージの重量を鉛直方向に支持し、前記第２シリンダ機構は前記質量体の重量を鉛直方向に支持し、前記ステージと前記質量体の重量を釣合わせて重力補償を行うように、前記第１シリンダ機構と前記第２シリンダ機構が連結されていることを特徴とするステージ装置である。
【００１２】
また、本発明の露光装置は、上記ステージ装置を備えたことを特徴とする。
【００１３】
前記露光装置はＸ線露光装置であることが好ましい。
【００１４】
さらに、上記露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法も本発明の範疇に含まれる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＜実施形態１＞
図１は本発明の第１実施形態の特徴を最も良く表わす縦型ステージ装置の正面概略図である。この装置は、シンクロトロン放射光を用いたＸ線露光装置に搭載するウエハを鉛直方向に保持してウエハ面内に移動可能な縦型ＸＹステージに、慣性力付与手段と重力補償手段を設けたことを特徴としている。
【００１６】
同図において、１は縦型ステージ装置を支持する定盤、２は定盤１を除振する除振ダンパ、３は定盤１に支持され、ステージ装置を支持する基準面を有するステージベースである。
【００１７】
４はウエハを保持するウエハチャックである。５はウエハチャック４を支持し、ウエハ面内（ＸＹ平面）に移動可能なメインステージ（第１ステージ）であり、端面に位置計測用ビームの反射面となるＸ測長ミラー６およびＹ測長ミラー７を固定している。
【００１８】
８はステージベース３に固定されたＹステージガイドであり、９はメインステージ５を搭載してＹ方向に移動可能なＹステージベース（第２ステージ）である。Ｙステージガイド８はＹステージベース９をＸ方向（第１方向）に支持し、Ｙ方向（第２方向）に非接触で案内する。
【００１９】
１０はＹステージベース９に固定されたＸステージガイドであり、メインステージ５をＹ方向に支持し、Ｘ方向に非接触で案内する。
【００２０】
ここで、本実施形態では、非接触案内にエアベアリングを採用している。ただし低摩擦案内であれば、これに限るものではない。
【００２１】
５１はＹ方向に駆動するリニアモータ（第２ステージ駆動手段）の可動子であり、Ｙステージベース９に固定され、Ｙステージガイド８に備えられた不図示のリニアモータ固定子と対向している。また、メインステージ５にはＸ方向に駆動するリニアモータ（第１ステージ駆動手段）の可動子（不図示）が取付けられ、Ｘステージガイド１０に備えられたＸリニアモータ固定子５４と対向している。
【００２２】
どちらのリニアモータも推力が働く作用軸が被駆動体の重心を通るようにする方が望ましい。
【００２３】
２７はステージベース３に対してＸ方向に慣性力を付与するＸ質量体（第１質量体）である。また、２８はＹステージベース９に固定されたＸ質量体案内ガイドであり、Ｘ質量体２７をＸ方向に駆動可能なように非接触で案内する。なお、Ｘ質量体２７はＸ方向に移動することで、Ｘ方向の慣性力付与手段の役割を果たす。
【００２４】
２３はステージベース３に対してＹ方向に慣性力を付与するＹ質量体（第２質量体）である。また、２４はステージベースに固定されたＹ質量体案内ガイドであり、Ｙ質量体２３をＸ方向に駆動可能なように非接触で案内する。なお、Ｙ質量体２３はＹ方向に移動することで、Ｙ方向の慣性力付与手段の役割を果たす。
【００２５】
それぞれの質量体には所定の方向に駆動するリニアモータの可動子（不図示）が取付けられ、それぞれのガイドに備えられたリニアモータ固定子（不図示）と対向し、慣性力付与手段（第１機構、第２機構）を構成している。どちらのリニアモータも推力が働く作用軸が質量体の重心を通るようにする方が望ましい。
【００２６】
また、本実施形態はＹステージベースに働く重力を補償する手段として、ピストンを有するシリンダ機構を採用している。
【００２７】
図中において、３１はＹステージベース９に固定されたシリンダロッドＡであり、Ｙステージベース９と反対の先端はシリンダピストンＡ３２（第１シリンダ機構）で支持されている。３３はＹ質量体に固定されたシリンダロッドＢであり、Ｙ質量体２３と反対の先端はシリンダピストンＢ３４（第２シリンダ機構）で支持されている。
【００２８】
ピストンＡ３２とピストンＢ３４は、連結された構成のエアシリンダ３５中の流体を封止している。これによりシリンダ機構３５を介して、ピストンＡ３２が支持しているＹステージベース９の重量と、ピストンＢ３４が支持しているＹ質量体２３の重量が伝達され、両者の釣り合いがとれるような構成となっている。その結果、Ｙステージベース９の重力補償が行われる。また、シリンダ３５とピストンＡ３２およびピストンＢ３４は極めて低摩擦摺動で移動可能なように、例えば非接触になっている。
【００２９】
ここで、「Ｙステージベースの重量」とは、「Ｙステージベースと共にＹ方向に移動するメインステージ、Ｘステージガイド、Ｘ質量体やＸ質量体案内ガイド等を含む総重量」を表わし、また同様に、「Ｙステージベースの質量」は「Ｙステージベースと共にＹ方向に移動する物体を含む総質量」として扱い、以下も特別の指定がない限り同様とする。
【００３０】
シリンダ機構３５を構成するピストンの断面積はＹステージベース９の重量やＹ質量体２３の重量を考慮して決定される。これに関しては後述する。
【００３１】
質量体の駆動信号は次のように求められる。図中においてメインステージ５をＸ方向に駆動する場合を想定すると、メインステージ５を駆動する時にＸステージガイド１０のリニアモータ固定子に生じる反力をＦx、慣性力付与手段のＸ質量体２７を駆動する時にＸ質量体案内ガイド２８のリニアモータ（第１質量体駆動手段）の固定子に生じる反力の合力をＲxとする。慣性力付与手段がＦxを打ち消すようにＲxを作用させるためには、次式を満たせば良い。
【００３２】
Ｒx＝−Ｆx
【００３３】
このとき、Ｒxの作用軸がメインステージ５の駆動反力Ｆxの作用軸と一致するように慣性力付与手段を配置すれば、メインステージ５に回転トルクが発生しない。また、Ｘ質量体２７を複数個配置することは、メインステージ５に働く駆動推力の作用軸が重心位置を通るように設計する上で、自由度を高めることができる。しかし、Ｘ質量体２７の数については複数個に限るものではない。
【００３４】
ここで、メインステージ５の質量をＭx、Ｘ質量体２７の総質量をｍxとすると、Ｘ質量体２７の駆動ストロークｓxはメインステージのＸ方向のストロークＳxに対してＭxとｍxの質量比で決まり、以下の式で表わされる。
【００３５】
Ｓx／ｓx＝１／（Ｍx／ｍx）
【００３６】
すなわち、両者の移動量の比は質量比の逆数の割合でステージベース３に対して移動する。よって、ｍxを大きくすれば、質量比Ｍx／ｍxが小さくなるため、Ｘ質量体２７の駆動ストロークｓxを小さく設計できる。しかし、Ｘ質量体２７を含むＹ方向移動質量は大きくなるため、Ｙ方向の移動に必要なエネルギーは大きくなる。逆に、ｓxを大きく設計できれば、Ｘ質量体２７の質量ｍxを小さくすることができるため、Ｙ方向移動質量は小さくなり、Ｙ方向の移動に必要なエネルギーを小さくすることができる。
【００３７】
Ｙ方向の場合も同様で、ＹステージベースをＹ方向に駆動する時にＹステージガイド８に生じる反力を打ち消すように慣性力付与手段のＹ質量体を駆動すれば良い。しかし、Ｙ方向に関しては重力の影響が大きいため、まずＹステージベース９やＹ質量体２３に作用する重力補償手段が働いているものとしてＹステージベース９やＹ質量体２３にかかる重力の影響を無視し、前述のＸ方向の場合と同様に、Ｙ方向の駆動手段の作用のみを考える。
【００３８】
Ｙステージベース９をＹ方向に駆動する時にステージベース３に固定されたＹステージガイド８に生じる反力の合力をＦy、慣性力付与手段のＹ質量体２３を駆動する時にステージベースに固定されたＹ質量体案内ガイドに生じる反力の合力をＲyとする。慣性力付与手段がＦyを打ち消すようにＲyを作用させるためには、次式を満たせば良い。
【００３９】
Ｒy＝−Ｆy
【００４０】
このとき、Ｒyの作用軸がＦyの作用軸と一致するように慣性力付与手段を配置すれば、ステージベース３に回転トルクが発生しない。また、Ｙ質量体２３を複数個配置することは、Ｙステージベース９に働く駆動推力の作用軸が重心位置を通るように設計する上で、自由度を高めることができる。しかし、Ｙ質量体２３の数については複数個に限るものではない。
【００４１】
ここで、Ｙステージベース９の質量をＭy、Ｙ質量体２３の総質量をｍyとすると、質量体の駆動ストロークｓyはＹ方向移動体のＹ方向のストロークＳyに対してＭyとｍyの質量比で決まり、以下の式で表わされる。
【００４２】
Ｓy／ｓy＝１／（Ｍy／ｍy）
【００４３】
すなわち、両者の移動量の比は質量比の逆数の割合でステージベース３に対して移動する。よって、ｍyを大きくすれば、質量比Ｍy／ｍyが小さくなるため、Ｙ質量体２３の駆動ストロークｓyを小さく設計できる。
【００４４】
次に、シリンダ機構３５によるＹステージベース９とＹ質量体２３の釣り合いの関係や、ピストン断面積とピストンの移動量の関係について考える。
【００４５】
図２は第１実施形態の重力補償手段であるシリンダ機構のモデル図である。
【００４６】
シリンダ機構３５において、ピストンＡ３２およびピストンＢ３４の断面積をそれぞれａおよびｂとすると、ピストンＡ３２に支持されるＹステージベース９の質量ＭyおよびＹ質量体２３の総質量ｍyとの関係は以下の式で表わされる。
【００４７】
ａ／ｂ＝Ｍy／ｍy
【００４８】
ただし、Ｙステージベース９やＹ質量体２３を複数のピストンで支持する場合、ａやｂはピストンの断面積の総和となる。
【００４９】
上式によって断面積比が決定されたピストンＡ３２およびピストンＢ３４の移動量の比は次式で求めることができる。ここで、ＳPをピストンＡ３２の移動量、ｓPをピストンＢ３４の移動量である。
【００５０】
ＳP／ｓP＝１／（ａ／ｂ）
【００５１】
つまり、Ｙステージベース９の重量を支持するピストンＡ３２と、Ｙ質量体２３の重量を支持するピストンＢ３４との断面積比ａ／ｂは、Ｙステージベース９とＹ質量体２３の移動量との比の逆数となっている。
【００５２】
これらの関係式から本実施形態のステージ装置を構成するＹステージベース９とＹ質量体２３の移動量の比（Ｓy／ｓy）と、重力補償手段であるピストン機構３５のピストンＡ３２とピストンＢ３４の移動量の比（Ｓp／ｓp）が等しくなることが分かる。移動量の比が等しいため、慣性力付与手段を構成するＹステージベース９とＹ質量体２３を、シリンダロッドＡ３１およびシリンダロッドＢ３３を介して重力補償手段に接続することができる。そのため、単純な構成で、慣性力付与手段と重力補償手段を両立させることができる。
【００５３】
この時、ピストンＡ３２の断面積とピストンＢ３４の断面積との比は、Ｙステージベース９とＹ質量体２３との質量比とほぼ等しくなっている。
【００５４】
ここで、本実施形態ではシリンダ内の媒体に気体を使用したが、同様の機能を有していればこれに限るものではなく、たとえば油圧シリンダを使用しても良い。
【００５５】
本実施形態ではメインステージがＸ方向に駆動したことによる駆動反力は、Ｘ質量体の移動によって軽減され、結果として、ステージベースや定盤への加振力を減少させることができる。さらに、メインステージとＸ質量体が質量比の逆数の割合で、Ｘ方向に関してそれぞれ逆方向に移動するため、ステージ装置全体の重心位置の変化はほとんど発生しないという効果もある。そのため、ステージベースを支持する定盤の変形を抑えることができる。特に、本実施例のような縦型ステージにおいて、Ｘ方向に関する反力や重心位置変化を抑えることは、除振ダンパにかかる負荷の変化を軽減できるため、高速、高精度なステージ装置に有利である。
【００５６】
また、本実施形態では、ＹステージベースがＹ方向に駆動したことによる駆動反力は、Ｙ質量体の移動によって軽減され、結果として、ステージベースや定盤への加振力を減少させることができる。さらに、ＹステージベースとＹ質量体が質量比の逆数の割合で、Ｙ方向に関してそれぞれ逆方向に移動するため、ステージ装置全体の重心位置の変化はほとんど発生しない。そのため、ステージベースを支持する定盤の変形を抑えることができる。さらに、Ｙステージベースの自重を連結したシリンダ機構により補償することで、単純な構成で駆動手段と重力補償手段が両立され、少ないエネルギーや発熱で、ステージの駆動を行うことができる。
【００５７】
＜実施形態２＞
図３は本発明の第２実施形態の特徴を表わす縦型ステージ装置の正面概略図である。図中の番号において、図１の第１実施形態と同じ部材については同一番号をつけている。
【００５８】
第２実施形態も第１実施形態の場合と同様に、縦型ＸＹステージに慣性力付与手段と重力補償手段を構成したものとなっている。
【００５９】
第２実施形態のメインステージや慣性力付与手段の動作原理や動作状況等は第１実施形態の場合と同様なので、説明は省略する。
【００６０】
第２実施形態はシリンダ機構による重力補償手段のかわりに、滑車とベルトで重力補償を行っている。
【００６１】
図３において、４１はＹ質量体２３とＹステージベース９をつり下げるためのベルト、４２はステージベース３に固定された固定台、４３は固定台に配設された滑車ユニットである。図から分かるように、ベルト４１は滑車ユニット４３に掛けられているため、滑車ユニット４３はベルト４１を介してＹステージベース９とＹ質量体２３を支持する構成になっている。
【００６２】
図４は第２実施形態の重力補償手段である滑車ユニットのモデル図である。
【００６３】
滑車ユニット４３は２つの径をもつ滑車から構成されるため、１つの滑車ユニットに対して２つのベルトが必要となり、ベルト４１の一端は滑車に固定され、もう一方のベルトの一端はＹステージベース９やＹ質量体２３に取付けられる。
【００６４】
第２実施形態では、滑車ユニット４３のプーリー径の比に注目し、Ｙステージベース９とＹ質量体２３の重量の釣り合いや、Ｙステージベース９とＹ質量体２３の移動量とプーリー径の関係について考える。
【００６５】
ここで、Ｙステージベース９の質量をＭｙ、Ｙ質量体２３の総質量をｍｙとする。滑車ユニット４３において、Ｙステージベース９に取付けられたベルト４１が掛けられている滑車の径をｄ、Ｙ質量体２３に取付けられたベルト４１が掛けられている滑車の径をｅとする。この場合、滑車ユニット４３がＹステージベース９とＹ質量体２３の重量を釣り合せるためには、滑車ユニット４３のプーリー径の比ｄ／ｅは質量比Ｍy／ｍyから決定され、次式で表わされる。
【００６６】
ｄ／ｅ＝１／（Ｍy／ｍy）
【００６７】
つまり、滑車ユニット４３のプーリー径の比は、滑車が支持しているＹステージベース９とＹ質量体２３の質量比の逆数となっている。
【００６８】
ここで、このプーリー径の比で滑車を構成した場合のＹステージベース９の移動量ＳpとＹ質量体２３の移動量ｓpは、それぞれ接続された滑車の径に比例するため次式のようになる。
【００６９】
Ｓp／ｓp＝ｄ／ｅ
【００７０】
これらの関係式から本実施形態のステージ装置を構成するＹステージベース９とＹ質量体２３の移動量の比（Ｓy／ｓy）と、滑車ユニット４３から構成される重力補償手段のＹステージベース９とＹ質量体２３の移動量の比（Ｓp／ｓp）が等しくなっていることが分かる。移動量の比が等しいため、慣性力付与手段を構成するＹステージベース９とＹ質量体２３を、ベルト４１を介して重力補償手段の滑車に接続することができる。そのため、単純な構成で、慣性力付与手段と重力補償手段を両立させることができる。
【００７１】
ここで、本実施形態では重力補償機構にベルトを使用したが、同様の効果を有していればこれに限るものではなく、たとえばワイヤを使用しても良い。
【００７２】
また、Ｙ質量体２３を複数個配置する場合、Ｙステージベース９やＹ質量体２３を支持する滑車ユニット４３の数を同様に複数個配置する方が望ましい。
【００７３】
本実施形態では、第1実施形態の慣性力付与手段による効果に加え、ベルトと滑車を用いた重力補償手段の効果として、ＹステージベースがＹ方向に駆動したことによる駆動反力は、Ｙ質量体の移動によって軽減され、結果として、ステージベースや定盤への加振力を減少させることができる。さらに、ＹステージベースとＹ質量体が質量比の逆数の割合で、Ｙ方向に関してそれぞれ逆方向に移動するため、ステージ装置全体の重心位置の変化はほとんど発生しない。そのため、ステージベースを支持する定盤の変形を抑えることができる。さらに、Ｙステージベースの自重を滑車やベルトにより補償することで、少ないエネルギーや発熱で、ステージの駆動を行うことができる。
【００７４】
＜第３実施形態＞
図５は本発明の第３実施形態の特徴を表わす縦型ステージ装置の正面概略図である。図中の番号において、図１の第１実施形態と同じ部材については同一番号をつけている。
【００７５】
第３実施形態も第１実施形態の場合と同様に、縦型ＸＹステージに慣性力付与手段と重力補償手段を構成したものとなっている。
【００７６】
第３実施形態のシリンダ機構３５からなる重力補償手段の動作原理や動作状況等は第１実施形態の場合と同様なので、説明は省略する。
【００７７】
第３実施形態は、メインステージとＸ質量体にそれぞれ設けられたリニアモータによって独立にそれぞれを駆動するかわりに、メインステージとＸ質量体にＸ磁石ユニットとＸコイルユニットを設け、Ｘ方向の駆動や慣性力付与を行っている。また、Ｙ方向に関してもＹステージベースとＹ質量体に設けられたＹ磁石ユニットとＹコイルユニットによってＹ方向の駆動や慣性力付与を行っている。
【００７８】
同図において、１は縦型ステージ装置を支持する定盤、２は定盤を除振する除振ダンパ、３は定盤に支持され、ステージユニットを固定するステージベースである。
【００７９】
４はウエハを保持するウエハチャックである。５はウエハチャックを支持し、ウエハ面内（ＸＹ平面）に移動可能なメインステージ（第１ステージ）であり、端面に位置計測用ビームの反射面となるＸ測長ミラー６およびＹ測長ミラー７を固定している。
【００８０】
８はステージベース３に固定されたＹステージガイドであり、９はメインステージを搭載してＹ方向（第２方向）に移動可能なＹステージベース（第２ステージ）である。Ｙステージガイド８はＹステージベース９をＸ方向（第１方向）に支持し、Ｙ方向に非接触で案内する。
【００８１】
１０はＹステージベース９に固定されたＸステージガイドであり、メインステージ５をＹ方向に支持し、Ｘ方向に非接触で案内する。
【００８２】
ここで、本実施形態では、非接触案内にエアベアリングを採用している。ただし低摩擦案内であれば、これに限るものではない。
【００８３】
２５はメインステージ５に取付けられたＸ磁石ユニット（第1磁石）、２６はＸ質量体２７（第1質量体）に取付けられたＸコイルユニット（第1コイル）である。ここで、Ｘ磁石ユニット２５とＸコイルユニット２６は移動手段として機能するリニアモータ（第1機構）を構成している。このため、Ｘ磁石ユニットとＸコイルユニットを逆に配置しても良い。
【００８４】
Ｘ質量体２７はメインステージ５に対してＸ方向に関して逆方向に移動する質量体である。また、２８はＹステージベース９に固定されたＸ質量体案内ガイドであり、Ｘ質量体２７をＸ方向に駆動可能なように非接触で案内する。なお、Ｘ質量体２７はメインステージ５に対して移動することで、Ｘ方向の慣性力付与手段の役割を果たす。
【００８５】
２１はＹステージベース９に取付けられたＹ磁石ユニット（第2磁石）、２２はＹ質量体２３（第２質量体）に取付けられたＹコイルユニット（第２コイル）である。ここで、Ｙ磁石ユニット２１とＹコイルユニット２２は移動手段として機能するリニアモータ（第２機構）を構成している。このため、Ｙ磁石ユニットとＹコイルユニットを逆に配置しても良い。
【００８６】
Ｙ質量体２３はＹステージベース９に対してＹ方向に関して逆向きに移動する質量体である。また、２４はステージベースに固定されたＹ質量体案内ガイドであり、Ｙ質量体２３をＹ方向に駆動可能なように非接触で案内する。なお、Ｙ質量体２３はＹステージベース９に対して移動することで、Ｙ方向の慣性付与手段の役割を果たす。
【００８７】
上記の構成でメインステージ５をＸ方向に駆動する場合について説明する。不図示の駆動コントローラを介してＸコイルユニット２６に駆動を指令すると、Ｘコイルユニット２６とＸ磁石ユニット２５との間でＸ方向の推力が発生する。しかし、Ｘ磁石ユニット２５を取付けたメインステージ５、およびＸコイルユニット２６を取付けたＸ質量体２７は、ともにＸ方向に移動可能なように構成されており、さらに摩擦が低くなるように非接触で案内されているため、両者はＸ方向に関して逆方向に移動する。
【００８８】
メインステージ５を駆動するＸ磁石ユニット２５からの推力の合力をＦx、Ｘ質量体２７を駆動するＸコイルユニット２６からの推力の合力をＲxとする。ここで、力の釣り合い式から次の式が成り立つ。
【００８９】
Ｆx＝−Ｒx
【００９０】
このとき、Ｒxの作用軸がメインステージ５の重心位置を通るようにＸ磁石ユニット２５やＸコイルユニット２６を配置すれば、メインステージ駆動推力であるＦxがメインステージ５の重心位置を通るように作用するため、ステージに回転トルクが発生しない。また、Ｘ質量体を複数個配置することは、メインステージに働く駆動推力の作用軸が重心位置を通るように設計する上で、自由度を高めることができる。しかし、Ｘ質量体の数については複数個に限るものではない。
【００９１】
ここで、メインステージ５の質量をＭx、Ｘ質量体２７の総質量をｍxとすると、Ｘ質量体２７の駆動ストロークｓxはメインステージのＸ方向のストロークＳxに対してＭxとｍxの質量比で決まり、以下の式で表わされる。
【００９２】
Ｓx／ｓx＝１／（Ｍx／ｍx）
【００９３】
すなわち、両者の移動量の比は質量比の逆数の割合でステージベース３に対して移動する。よって、ｍxを大きくすれば、質量比Ｍx／ｍxが小さくなるため、Ｘ質量体２７の駆動ストロークＳxを小さく設計できる。しかし、Ｘ質量体２７を含むＹ方向移動質量は大きくなるため、Ｙ方向の移動に必要なエネルギーを小さくすることができる。
【００９４】
Ｙ方向の場合も同様で、ＹステージベースをＹ方向に駆動する時にＹ質量体が駆動される。しかし、Ｙ方向に関しては重力の影響が大きい。まずＹステージベース９やＹ質量体２３に作用する重力補償手段が働いているものとしてＹステージベース９やＹ質量体２３にかかる重力の影響を無視し、前述のＸ方向の場合と同様に、Ｙ方向の駆動手段の作用のみを考える。
【００９５】
不図示の駆動コントローラを介してＹコイルユニット２２に駆動を指令すると、Ｙコイルユニット２２とＹ磁石ユニット２１との間でＹ方向の推力が発生する。しかし、Ｙ磁石ユニット２１を固定したＹステージベース９、およびＹコイルユニット２２を固定したＹ質量体２３は、ともにＹ方向に移動可能なように構成されており、さらに摩擦が低くなるように非接触で案内されているため、両者はＹ方向に関して逆方向に移動する。
【００９６】
Ｙステージベース９を駆動するＹ磁石ユニット２１からの推力の合力をＦy、Ｙ質量体２３を駆動するＹコイルユニット２２からの推力の合力をＲyとする。ここで、力の釣り合い式から次の式が成り立つ。
【００９７】
Ｆy＝−Ｒy
【００９８】
このとき、Ｒyの作用軸がメインステージ５やＹステージベース９を含むＹ方向移動体全体の重心位置を通るようにＹ磁石ユニット２１やＹコイルユニット２２を配置すれば、ＦyはＹ方向移動体全体の重心位置を通るように作用するため、ステージに回転トルクが発生しない。また、Ｙ質量体２３を複数個配置することは、Ｙステージベース９に働く駆動推力の作用軸が重心位置を通るように設計する上で、自由度を高めることができる。しかし、Ｙ質量体２３の数については複数個に限るものではない。
【００９９】
ここで、Ｙステージベース９の質量をＭy、Ｙ質量体２３の総質量をｍyとすると、質量体の駆動ストロークｓyはＹ方向移動体のＹ方向のストロークＳyに対してＭyとｍyの質量比で決まり、以下の式で表わされる。
【０１００】
Ｓy／ｓy＝１／（Ｍy／ｍy）
【０１０１】
すなわち、両者の移動量の比は質量比の逆数の割合でステージベース３に対して移動する。よって、ｍyを大きくすれば、質量比Ｍy／ｍyが小さくなるため、Ｙ質量体の駆動ストロークｓyを小さく設計できる。
【０１０２】
本実施形態では、ステージの移動に伴い、ステージと反対方向に質量体が駆動されるが、ステージの移動量と質量体の移動量の関係は、第１実施形態の場合と同様となる。そのため、第３実施形態の場合も第１実施形態と同様に、慣性力付与手段を構成するＹステージベース９とＹ質量体２３を、シリンダロッドＡ３１およびシリンダロッドＢ３３を介して重力補償手段に接続することができる。そのため、単純な構成で慣性力付与手段と重力補償手段を両立させることができる。
【０１０３】
このとき、ピストンＡ３２の断面積とピストンＢ３４の断面積との比は、Ｙステージベース９とＹ質量体２３との質量比とほぼ等しくなっている。
【０１０４】
本実施例ではメインステージがＸ方向に駆動したことによる反力がＸ質量体の移動によって軽減され、結果として、ステージベースや定盤への加振力を減少させることができる。さらに、メインステージとＸ質量体が質量比の逆数の割合で、Ｘ方向に関してそれぞれ逆方向に移動するため、ステージ装置全体の重心位置の変化はほとんど発生しないという効果もある。そのため、ステージベースを支持する定盤の変形を抑えることができる。特に、本実施形態のような縦型ステージにおいて、Ｘ方向に関する反力や重心位置変化を抑えることは、除振ダンパにかかる負荷の変化を軽減できるため、高速、高精度なステージ装置に有利である。
【０１０５】
また、本実施形態では、ＹステージベースがＹ方向に駆動したことによる駆動反力がＹ質量体の移動によって軽減され、結果としてステージベースや定盤への加振力を減少させることができる。さらに、ＹステージベースとＹ質量体が質量比の逆数の割合で、Ｙ方向に関してそれぞれ逆方向に移動するため、ステージ装置全体の重心位置の変化はほとんど発生しない。そのため、ステージベースを支持する定盤の変形を抑えることができる。さらに、Ｙステージベースの自重を連結したシリンダ機構により補償することで、単純な構成で駆動手段と重力補償が両立され、少ないエネルギーや発熱で、ステージの駆動を行うことができる。
【０１０６】
また、本実施形態のような縦型ステージではなく、ステージベースの基準面が水平な面となるようなＸＹステージの場合でも、本実施形態のようなステージや質量体の駆動機構を設けることができる。その場合、本実施形態の重力補償手段は省略しても良い。
【０１０７】
＜実施形態４＞
図６は本発明の特徴を表わす第４実施形態の縦型ステージ装置の正面概略図である。図中の番号において、図３の第２実施形態または図５の第３実施形態と同じ部材については同一番号をつけている。
【０１０８】
第４実施形態も前述した実施形態の場合と同様に、縦型ＸＹステージに慣性力付与手段と重力補償手段を構成したものとなっている。
【０１０９】
第４実施形態の磁石ユニットやコイルユニットで構成される慣性力付与手段の動作原理や動作状況等は第３実施形態の場合と同様なので説明は省略する。また、滑車ユニット４３やベルト４１で構成される重力補償手段の動作原理や動作状況等は第２実施形態の場合と同様なので説明は省略する。
【０１１０】
本実施例ではメインステージがＸ方向に駆動したことによる反力がＸ質量体の移動によって軽減され、結果として、ステージベースや定盤への加振力を減少させることができる。さらに、メインステージとＸ質量体が質量比の逆数の割合で、Ｘ方向に関してそれぞれ逆方向に移動するため、ステージ装置全体の重心位置の変化はほとんど発生しないという効果もある。そのため、ステージベースを支持する定盤の変形を抑えることができる。特に、本実施形態のような縦型ステージにおいて、Ｘ方向に関する反力や重心位置変化を抑えることは、除振ダンパにかかる負荷の変化を軽減できるため、高速、高精度なステージ装置に有利である。
【０１１１】
また、本実施形態では、ＹステージベースがＹ方向に駆動したことによる駆動反力がＹ質量体の移動によって軽減され、結果としてステージベースや定盤への加振力を減少させることができる。さらに、ＹステージベースとＹ質量体が質量比の逆数の割合で、Ｙ方向に関してそれぞれ逆方向に移動するため、ステージ装置全体の重心位置の変化はほとんど発生しない。そのため、ステージベースを支持する定盤の変形を抑えることができる。さらに、Ｙステージベースの自重をベルトと滑車ユニットで構成される重力補償手段で支持することで、単純な構成で駆動手段と重力補償が両立され、少ないエネルギーや発熱で、ステージの駆動を行うことができる。
【０１２５】
＜実施形態５＞
次に上述したステージ装置を利用したＸ線露光装置の実施形態を説明する。図７はＸ線源としてのＳＲ発生装置６１から放射されたＳＲ光６２は、発光点から所定の位置に設置されたミラー６３に入射する。ミラー６３は凸面形状をしており、ＳＲ発生装置６１から放射されたシート状のＳＲ光６２を拡大する。図中のミラーは１枚だが、シート状のＳＲ光を拡大する目的ならば、複数枚のミラーを用いても良い。ミラーにより反射されたＳＲ光６４は、Ｘ線透過膜上にＸ線吸収体からなるパターンが形成されている原版の透過型マスク６７を透過後、所望のパターン形状となり、感光材としてのレジストが塗布してある基板６８（ウエハ）に照射される。ウエハ６８は前述したステージ装置のウエハチャック６９に保持され、ウエハチャック６９は不図示のメインステージに搭載されている。マスク６７の上流側には露光領域の全面にわたり露光時間を制御するためのシャッター６５が設置されている。シャッター６５はシャッター制御ユニット７０により制御されるシャッター駆動ユニット６６により駆動される。不図示のベリリウム膜がミラー６３とシャッター６５の間に位置し、ベリリウム膜よりミラー側は超真空、シャッター側は減圧Ｈｅとなっている。
【０１２６】
本実施形態の露光装置を用いることにより、高速、高精度化に対応した露光装置を得ることができる。
【０１２７】
＜実施形態６＞
次に上述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形態を説明する。図８は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップＳ１１（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Ｓ１２（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。一方、ステップＳ１３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いて基板であるウエハを製造する。ステップＳ１４（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。次のステップＳ１５（組立）は後工程と呼ばれ、ステップＳ１４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Ｓ１６（検査）ではステップＳ１５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Ｓ１７）される。
【０１２８】
図９は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップＳ２１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップＳ２２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ２３（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Ｓ２４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ２５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ２６（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Ｓ２７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップＳ２８（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Ｓ２９（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。本実施形態の製造方法を用いれば、高集積度の半導体デバイスを製造することができる。
【０１２９】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な構成により、ステージ加振力増大に伴う振動の伝達を防止し、高速、高精度な位置決めが行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施形態の縦型ステージ装置の正面概略図
【図２】  第１実施形態の重力補償手段のモデル図
【図３】  第２実施形態の縦型ステージ装置の正面概略図
【図４】  第２実施形態の重力補償手段のモデル図
【図５】  第３実施形態の縦型ステージ装置の正面概略図
【図６】  第４実施形態の縦型ステージ装置の正面概略図
【図７】  第５実施形態のＸ線半導体露光装置の構成図
【図８】  半導体デバイス製造方法のフロー図
【図９】  ウエハプロセスのフロー図
【符号の説明】
１  定盤
２  除振ダンパ
３  ステージベース
４  ウエハチャック
５  メインステージ
６  Ｘ測長ミラー
７  Ｙ測長ミラー
８  Ｙステージガイド
９  Ｙステージベース
１０  Ｘステージガイド
２１  Ｙ磁石ユニット
２２  Ｙコイルユニット
２３  Ｙ質量体
２４  Ｙ質量体案内ガイド
２５  Ｘ磁石ユニット
２６  Ｘコイルユニット
２７  Ｘ質量体
２８  Ｘ質量体案内ガイド
３１  シリンダロッドＡ
３２  シリンダピストンＡ
３３  シリンダロッドＢ
３４  シリンダピストンＢ
３５  エアシリンダ
４１  ベルト
４２  固定台
４３  滑車ユニット
５１  Ｙリニアモータ可動子
５４  Ｘリニアモータ固定子
６１  ＳＲ発生装置
６２  ＳＲ光
６３  ミラー
６４  ＳＲ光
６５  シャッター
６６  シャッター駆動ユニット
６７  マスク
６８  ウエハ
６９  ウエハチャック
７０  シャッター制御ユニット
【図１】
0003890127.tif 000002
【図２】
0003890127.tif 000003
【図３】
0003890127.tif 000004
【図４】
0003890127.tif 000005
【図５】
0003890127.tif 000006
【図６】
0003890127.tif 000007
【図７】
0003890127.tif 000008
【図８】
0003890127.tif 000009
【図９】
0003890127.tif 000010