JP2004169784A

JP2004169784A - 軸受装置、ステージ装置及び露光装置

Info

Publication number: JP2004169784A
Application number: JP2002334997A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kondo; 近藤　　誠
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】気体ベアリングを介して２つの構造体を非接触支持する際、かじりの発生を抑えて良好に非接触支持できる軸受装置を提供する。
【解決手段】軸受装置６０は、所定面６８に気体吹出部６３を備えた第１部材６１と、第１部材６１の第１面６４に対向する第２面６５を有する第２部材６２と、第１面６４と第２面６５との間に介在する流体軸受６７とを備えている。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軸受装置、この軸受装置を備えたステージ装置及び露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子や液晶表示素子等のマイクロデバイスはマスク上に形成されたパターンを基板（感光基板）上に転写するいわゆるフォトリソグラフィの手法により製造される。このフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、マスクを支持して２次元移動するマスクステージと基板を支持して２次元移動する基板ステージとを有し、マスク上に形成されたパターンをマスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながら投影光学系を介して基板に転写するものである。従来より、上記基板ステージ及びマスクステージでは、ベース部材に対して可動部材をエアベアリング等で非接触支持しつつリニアモータ等の駆動装置で可動部材を駆動する構成が採用されている。下記特許文献には、基準構造体に対して電磁アクチュエータの固定子をエアベアリングで非接触支持する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−８９７１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術には以下に述べる問題が生じるようになった。
エアベアリングが取り付けられている第１構造体（上記従来技術では固定子）が変形すると、第１構造体に対して非接触支持されている第２構造体（上記従来技術では基準構造体）にエアベアリングのパッド部が接触する状態（いわゆる「かじり」）が生じ、非接触支持できないという問題が生じるようになった。特に、固定子のような長尺な構造体の場合、構造体に撓み等の変形が生じやすく、かじりの発生が顕著になる。パッド部と第１構造体とをボールジョイントを介して連結し、第１構造体に対してパッド部を揺動させることでかじりを防止する構成も考えられるが、ボールジョイントではスティックスリップが発生し、第１構造体に対してパッド部が円滑に揺動しない場合がある。スティックスリップの発生を低減するためにボールジョイントの径を小さくすることも考えられるが、ボールジョイントの剛性低下を招き、ボールジョイント自体が変形するという問題が生じる。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、気体ベアリングを介して２つの構造体を非接触支持する際、かじりの発生を抑えて良好に非接触支持できる軸受装置、及びこの軸受装置を備えたステージ装置並びに露光装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は実施の形態に示す図１〜図１９に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の軸受装置（６０、８０）は、第１部材（６１、８１）の所定面（６８、８８）に気体吹出部（６３、８３）を備えた軸受装置において、第１部材（６１、８１）の所定面（６８、８８）以外の第１面（６４、８４）に対向する第２面（６５、８５）を有する第２部材（６２、８２）と、第１面（６４、８４）と第２面（６５、８５）との間に介在する軸受部（６７、８７）とを備えたことを特徴とする。
本発明のステージ装置（２）は、第１構造体（４Ｂ）に対して第２構造体（３１、３５）を支持する気体軸受装置を備えたステージ装置において、気体軸受装置に、上記記載の軸受装置（６０、８０）が用いられていることを特徴とする。
本発明の露光装置（ＥＸ）は、マスクステージ（１、ＭＳＴ）に支持されたマスク（Ｍ）のパターンを基板ステージ（２、ＰＳＴ）に支持された基板（Ｐ）に露光する露光装置（ＥＸ）において、マスクステージ（１、ＭＳＴ）及び基板ステージ（２、ＰＳＴ）のうち少なくともいずれか一方に、上記記載のステージ装置が用いられていることを特徴とする。
本発明によれば、気体吹出部を備えた第１部材と第２部材との間に軸受部を設けたことにより、第１部材に対して第２部材が揺動可能となり、しかも第１面及び第２面の面積を大きくしても第１部材と第２部材との間で大きな摩擦力が発生するのを抑えることができる。したがって、剛性の低下を招くことなく、第１構造体に対して第２構造体を良好な状態で非接触支持できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の軸受装置、ステージ装置及び露光装置について図面を参照しながら説明する。図１は本発明のステージ装置を備えた露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。ここで、本実施形態における露光装置ＥＸは、マスクＭと感光基板Ｐとを同期移動しつつマスクＭに設けられているパターンを投影光学系ＰＬを介して感光基板Ｐ上に転写する所謂スキャニングステッパである。以下の説明において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内における前記同期移動方向（走査方向）をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向と垂直な方向（非走査方向）をＸ軸方向とする。更に、Ｘ軸まわり、Ｙ軸まわり、及びＺ軸まわりの回転方向をそれぞれθＸ方向、θＹ方向、及びθＺ方向とする。また、ここでいう「感光基板」は半導体ウエハ上にレジストが塗布されたものを含み、「マスク」は感光基板上に縮小投影されるデバイスパターンが形成されたレチクルを含む。
【０００８】
図１において、露光装置ＥＸは、マスクＭを保持して移動するマスクステージＭＳＴ及びこのマスクステージＭＳＴを支持するマスク定盤３を有するステージ装置１と、光源を有し、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭを露光光で照明する照明光学系ＩＬと、感光基板Ｐを保持して移動する基板ステージＰＳＴ及びこの基板ステージＰＳＴを支持する基板定盤４（４Ａ、４Ｂ）を有するステージ装置２と、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターン像を基板ステージＰＳＴに支持されている感光基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、ステージ装置１及び投影光学系ＰＬを支持するメインフレーム５と、露光装置ＥＸの動作を統括制御する制御装置ＣＯＮＴとを備えている。メインフレーム５は床面に水平に載置されたベースプレート６上に設置されており、このメインフレーム５の上部側及び下部側には内側に向けて突出する段部５ａ及び５ｂがそれぞれ形成されている。
【０００９】
照明光学系ＩＬはメインフレーム５の上面に固定された支持コラム７により支持される。照明光学系ＩＬより射出される露光光ＥＬとしては、例えば水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）や、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）及びＦ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）などが用いられる。
【００１０】
ステージ装置１のうちマスク定盤３は各コーナーにおいてメインフレーム５の段部５ａに防振ユニット８を介してほぼ水平に支持されており、その中央部にマスクＭのパターン像が通過する開口３ａを備えている。マスクステージＭＳＴはマスク定盤３上に設けられており、その中央部にマスク定盤３の開口３ａと連通しマスクＭのパターン像が通過する開口Ｋを備えている。マスクステージＭＳＴの底面には気体軸受装置である複数のエアベアリング９が設けられており、マスクステージＭＳＴはエアベアリング９によりマスク定盤３に対して非接触支持されている。
【００１１】
図２はマスクステージＭＳＴを有するステージ装置１の概略斜視図である。
図２に示すように、ステージ装置１（マスクステージＭＳＴ）は、マスク定盤３上に設けられたマスク粗動ステージ１６と、マスク粗動ステージ１６上に設けられたマスク微動ステージ１８と、マスク定盤３上において粗動ステージ１６をＹ軸方向に所定ストロークで移動可能な一対のＹリニアモータ２０、２０と、マスク定盤３の中央部の上部突出部３ｂの上面に設けられ、Ｙ軸方向に移動する粗動ステージ１６を案内する一対のＹガイド部２４、２４と、粗動ステージ１６上において微動ステージ１８をＸ軸、Ｙ軸、及びθＺ方向に微小移動可能な一対のＸボイスコイルモータ１７Ｘ及び一対のＹボイスコイルモータ１７Ｙとを備えている。なお、図１では、粗動ステージ１６及び微動ステージ１８を簡略化して１つのステージとして図示している。Ｙリニアモータ２０のそれぞれは、マスク定盤３上においてＹ軸方向に延びるように設けられた一対の固定子２１と、この固定子２１に対応して設けられ、連結部材２３を介して粗動ステージ１６に固定された可動子２２とを備えている。そして、これら固定子２１及び可動子２２によりリニアモータ２０が構成されており、可動子２２が固定子２１に対して駆動することで粗動ステージ１６（マスクステージＭＳＴ）がＹ軸方向に移動する。固定子２１のそれぞれは気体軸受装置である複数のエアベアリング１９によりマスク定盤３に対して非接触支持されている。このため、運動量保存の法則により粗動ステージ１６の＋Ｙ方向の移動に応じて固定子２１が−Ｙ方向に移動する。この固定子２１の移動により粗動ステージ１６の移動に伴う反力が相殺されるとともに重心位置の変化を防ぐことができる。すなわち、固定子２１は所謂カウンタマスとしての機能を有する。Ｙガイド部２４のそれぞれは、Ｙ軸方向に移動する粗動ステージ１６を案内するものであって、マスク定盤３の中央部に形成された上部突出部３ｂの上面においてＹ軸方向に延びるように固定されている。また、粗動ステージ１６とＹガイド部２４、２４との間には気体軸受装置であるエアベアリング１４が設けられており、粗動ステージ１６はＹガイド部２４に対して非接触支持されている。微動ステージ１８は不図示のバキュームチャックを介してマスクＭを吸着保持する。微動ステージ１８の＋Ｙ方向の端部にはコーナーキューブからなる一対のＹ移動鏡２５ａ、２５ｂが固定され、微動ステージ１８の−Ｘ方向の端部にはＹ軸方向に延びる平面ミラーからなるＸ移動鏡２６が固定されている。そして、これら移動鏡２５ａ、２５ｂ、２６に対して測長ビームを照射する３つのレーザ干渉計（いずれも不図示）が各移動鏡との距離を計測することにより、マスクステージＭＳＴのＸ軸、Ｙ軸、及びθＺ方向の位置が高精度で検出される。制御装置ＣＯＮＴはこれらレーザ干渉計の検出結果に基づいて、Ｙリニアモータ２０、Ｘボイスコイルモータ１７Ｘ、及びＹボイスコイルモータ１７Ｙを含む各モータを駆動し、微動ステージ１８に支持されているマスクＭ（マスクステージＭＳＴ）の位置制御を行う。
【００１２】
図１に戻って、開口Ｋ及び開口３ａを通過したマスクＭのパターン像は投影光学系ＰＬに入射する。投影光学系ＰＬは複数の光学素子により構成され、これら光学素子は鏡筒で支持されている。投影光学系ＰＬは、例えば１／４又は１／５の投影倍率を有する縮小系である。なお、投影光学系ＰＬとしては等倍系あるいは拡大系のいずれでもよい。投影光学系ＰＬの鏡筒の外周にはこの鏡筒に一体化されたフランジ部１０が設けられている。そして、投影光学系ＰＬはメインフレーム５の段部５ｂに防振ユニット１１を介してほぼ水平に支持された鏡筒定盤１２にフランジ部１０を係合している。
【００１３】
ステージ装置２は、基板ステージＰＳＴと、基板ステージＰＳＴをＸＹ平面に沿った２次元方向に移動可能に支持する基板定盤４（４Ａ、４Ｂ）と、基板ステージＰＳＴをＸ軸方向に案内しつつ移動自在に支持するＸガイドステージ３５と、Ｘガイドステージ３５に設けられ、基板ステージＰＳＴをＸ軸方向に移動可能なＸリニアモータ４０と、Ｘガイドステージ３５をＹ軸方向に移動可能な一対のＹリニアモータ３０、３０とを有している。基板ステージＰＳＴは感光基板Ｐを真空吸着保持する基板ホルダＰＨを有しており、感光基板Ｐは基板ホルダＰＨを介して基板ステージＰＳＴに支持される。基板ステージＰＳＴの−Ｘ側の側縁にはＹ軸方向に沿って延設されたＸ移動鏡５１が設けられ、Ｘ移動鏡５１に対向する位置にはレーザ干渉計５０が設けられている。レーザ干渉計５０はＸ移動鏡５１の反射面と投影光学系ＰＬの鏡筒下端に設けられた参照鏡５２とのそれぞれに向けてレーザ光を照射するとともに、その反射光と入射光との干渉に基づいてＸ移動鏡５１と参照鏡５２との相対変位を計測することにより、基板ステージＰＳＴ、ひいては感光基板ＰのＸ軸方向における位置を所定の分解能でリアルタイムに検出する。同様に、基板ステージＰＳＴ上の＋Ｙ側の側縁にはＸ軸方向に沿って延設されたＹ移動鏡５３（図１には不図示、図３参照）が設けられ、Ｙ移動鏡５３に対向する位置にはＹレーザ干渉計（不図示）が設けられており、Ｙレーザ干渉計はＹ移動鏡５３の反射面と投影光学系ＰＬの鏡筒下端に設けられた参照鏡（不図示）とのそれぞれに向けてレーザ光を照射するとともに、その反射光と入射光との干渉に基づいてＹ移動鏡と参照鏡との相対変位を計測することにより、基板ステージＰＳＴ、ひいては感光基板ＰのＹ軸方向における位置を所定の分解能でリアルタイムに検出する。レーザ干渉計の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計の検出結果に基づいてリニアモータ３０、４０を介して基板ステージＰＳＴの位置制御を行う。
【００１４】
図３は基板ステージＰＳＴを有するステージ装置２の概略斜視図である。また、図４（ａ）はステージ装置２の平面図、図４（ｂ）はステージ装置２の側面図である。
図３及び図４に示すように、ステージ装置２は、Ｘ軸方向に沿った長尺形状を有するＸガイドステージ３５と、Ｘガイドステージ３５で案内しつつ基板ステージＰＳＴをＸ軸方向に所定ストロークで移動可能なＸリニアモータ４０と、Ｘガイドステージ３５の長手方向両端に設けられ、このＸガイドステージ３５を基板ステージＰＳＴとともにＹ軸方向に移動可能な一対のＹリニアモータ３０、３０とを備えている。Ｘリニアモータ４０は、Ｘガイドステージ３５にＸ軸方向に延びるように設けられた固定子４１と、この固定子４１に対応して設けられ基板ステージＰＳＴに固定された可動子４２とを備えている。そして、可動子４２が固定子４１に対して駆動することで基板ステージＰＳＴがＸ軸方向に移動する。ここで、基板ステージＰＳＴはＸガイドステージ３５に対してＺ軸方向に所定量のギャップを維持する磁石及びアクチュエータからなる磁気ガイドにより非接触で支持されている。基板ステージＰＳＴはＸガイドステージ３５に非接触支持された状態でＸリニアモータ４０によりＸ軸方向に移動する。
【００１５】
Ｙリニアモータ３０のそれぞれは、Ｘガイドステージ３５の長手方向両端に設けられた可動子３２と、この可動子３２に対応して設けられた固定子３１とを備えている。そして、可動子３２が固定子３１に対して駆動することでＸガイドステージ３５が基板ステージＰＳＴとともにＹ軸方向に移動する。また、Ｙリニアモータ３０、３０のそれぞれの駆動を調整することでＸガイドステージ３５はθＺ方向にも回転移動可能となっている。したがって、このＹリニアモータ３０、３０により基板ステージＰＳＴがＸガイドステージ３５とほぼ一体的にＹ軸方向及びθＺ方向に移動可能となっている。
【００１６】
基板定盤４は、互いに独立した部材からなる第１定盤４Ａ及び２つの第２定盤４Ｂにより構成されている。第２定盤４Ｂは第１定盤４ＡのＸ軸方向両側にそれぞれ設けられている。基板ステージＰＳＴの底面には気体軸受装置である複数のエアベアリング３７が設けられており、これらエアベアリング３７により基板ステージＰＳＴは第１定盤４Ａに対して非接触支持されている。また、第１定盤４Ａはベースプレート６上に防振ユニット１３を介してほぼ水平に支持されている。第２定盤４Ｂはベースプレート６上に支持されている。第２定盤４Ｂの側面視形状は略Ｌ字状である。第２定盤４Ｂの平面部４５上に、軸受装置６０を介してＹリニアモータ３０の固定子３１が支持されている。ここで、図４（ａ）等に示すように、本実施形態では、軸受装置６０はＹ軸方向に４つ並んで配置されている。また、第２定盤４Ｂの上部はガイド部４６となっており、ガイド部４６はＸガイドステージ３５の両端下面に設けられた凹部４７を有する被ガイド部材８２と係合する。ガイド部４６は被ガイド部材８２と係合しつつＹ軸方向に移動するＸガイドステージ３５を案内する。そして、凹部４７とガイド部４６との間には軸受装置８０が介在している。
【００１７】
図５は、Ｙリニアモータ３０の固定子（第１構造体）３１の下面３３と第２定盤（第２構造体）４Ｂの平面部４５との間に介在する軸受装置６０を示す図である。
図５において、軸受装置６０は、気体吹出部６３を備えたパッド部６９を有する第１部材６１と、第１部材６１の下面（第１面）６４に対向する上面（第２面）６５を有する第２部材６２と、第１面６４と第２面６５との間に介在する流体軸受（軸受部）６７とを備えている。第２部材６２は第２定盤４Ｂの平面部４５に固定された半球状部材である。気体吹出部６３は第１部材６１の上面（所定面）６８に設けられている。パッド面（第１部材６１の上面６８）は平坦面である。また、固定子３１の下面３３も平坦面である。パッド部６９の気体吹出部６３は固定子３１の下面３３に対してエア（空気）を吹き出し、パッド部６９と下面３３との間で気体軸受（エアベアリング）７２が形成されている。
【００１８】
第１部材１においてパッド部６９が設けられている上面６８の反対側にある第１面６４は凹状曲面となっている。一方、第１面６４に対向する第２部材６２の第２面６５は、第１面６４の凹状曲面に沿う凸状曲面（半球状面）となっている。そして、凸状曲面である第２面６５には流体吹出口７０が設けられている。流体吹出口７０からは第１面６４に対してエア（空気）が吹き出されるようになっており、第１面６４と第２面６５との間で気体軸受（エアベアリング、流体軸受）６７が形成されている。
【００１９】
パッド部６９の気体吹出部６３には、流路７３を介して第１気体供給部７４が接続されている。一方、第２部材６２の流体吹出口７０には、流路７５を介して第２気体供給部７６が接続されている。すなわち、エアベアリング６７におけるエアは、第１部材６１における気体吹出部６３から吹き出されるエアとは独立している。また、流路７３、７５には弁７３Ａ、７５Ａがそれぞれ設けられている。第１、第２気体供給部７４、７６及び弁７３Ａ、７５Ａの動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御されるようになっている。制御装置ＣＯＮＴは第１、第２気体供給部７４、７６及び弁７３Ａ、７５Ａの動作を制御することにより、エアベアリング７２及びエアベアリング６７の浮上力（ギャップ）を個別に調整可能である。また、エアベアリング７２及びエアベアリング６７の浮上力（ギャップ）は一括して調整されてもよい。
【００２０】
そして、固定子（第１構造体）３１はエアベアリング７２により第２定盤（第２構造体）４Ｂに対して非接触支持される。このため、運動量保存の法則によりＸガイドステージ３５及び基板ステージＰＳＴの＋Ｙ方向（−Ｙ方向）の移動に応じて固定子３１が−Ｙ方向（＋Ｙ方向）に移動する。この固定子３１の移動によりＸガイドステージ３５及び基板ステージＰＳＴの移動に伴う反力が相殺されるとともに重心位置の変化を防ぐことができる。すなわち、固定子３１はいわゆるカウンタマスとしての機能を有している。ここで、複数並んで設けられている軸受装置６０の並び方向は、固定子３１が移動できる方向に沿っている。更に、エアベアリング６７により第１部材６１は第２部材６２に対して非接触支持されている。また、第１面６４及び第２面６５は曲面状に形成されているため、第１部材６１は第２部材６２に対して揺動可能となっている。
【００２１】
図６〜図８はエアベアリング６７を構成する第２部材６２の流体吹出口７０及び溝形状の一例を示す図である。
図６（ａ）において、流体吹出口７０は、第２部材６２の第２面６５において平面視ほぼ中央部に設けられており、この流体吹出口７０に連続するように十文字状の溝７７が形成されている。図６（ｂ）において、第２面６５の平面視ほぼ中央部に設けられた流体吹出口７０には、十文字状及び円環状の溝７７が連続するように形成されている。図７（ａ）、（ｂ）は図６（ａ）、（ｂ）の変形例であって、流体吹出口７０を２つ備えた例を示す図である。図８（ａ）は流体吹出口７０が１つ設けられ、溝７７は形成されていない例を示す図である。図８（ｂ）は、流体吹出口として多孔質体７８を採用した例を示す図である。多孔質体７８は例えばセラミックスあるいは金属の焼結体により形成されている。そして、エアベアリング６７の形態としては、オリフィス絞り、自成絞り、表面絞り、多孔質絞り、及びオリフィス絞りと自成絞りとを組み合わせた複合絞り等を採用することができる。
【００２２】
図９（ａ）は、第２定盤４Ｂのガイド部４６とＸガイドステージ３５に取り付けられた被ガイド部材８２との間に介在する軸受装置８０Ａ（８０）を示す図である。ここで、軸受装置８０Ａは、図４（ａ）等に示すように、２つ設けられたガイド部４６、４６のうち、−Ｘ側のガイド部４６に取り付けられる軸受装置８０Ａである。
図９（ａ）において、軸受装置８０Ａは、気体吹出部８３を備えたパッド部８９を有する第１部材８１と、第１部材８１の上面（第１面）８４に対向する面（第２面）８５を有する被ガイド部材（第２部材）８２と、第１面８４と第２面８５との間に介在する流体軸受（軸受部）８７とを備えている。被ガイド部材８２はＸガイドステージ３５に取り付けられ、ガイド部４６に係合する凹部４７を有している。気体吹出部８３は第１部材８１の下面（所定面）８８に設けられている。パッド面（第１部材８１の下面８８）は平坦面である。また、ガイド部４６の上面４９も平坦面である。パッド部８９の気体吹出部８３はガイド部４６の上面４９に対してエア（空気）を吹き出し、パッド部８９と上面４９との間で気体軸受（エアベアリング）９２が形成されている。
【００２３】
第１部材８１は半球状部材であり、第１部材８１においてパッド部８９が設けられている下面８８の反対側にある第１面８４は凸状曲面（半球状面）となっている。一方、第１面８４に対向する被ガイド部材８２の第２面８５は、第１面８４の凸状曲面に沿う凹状曲面となっている。そして、凸状曲面である第１面８４には流体吹出口９０が設けられている。流体吹出口９０からは第２面８５に対してエア（空気）が吹き出されるようになっており、第１面８４と第２面８５との間で気体軸受（エアベアリング、流体軸受）８７が形成されている。
【００２４】
パッド部８９の気体吹出部８３には、流路９３を介して第１気体供給部９４が接続されている。一方、第１部材８１の流体吹出口９０には、流路９５を介して第２気体供給部９６が接続されている。また、流路９３、９５には弁９３Ａ、９５Ａがそれぞれ設けられている。第１、第２気体供給部９４、９６及び弁９３Ａ、９５Ａの動作は制御装置ＣＯＮＴにより制御されるようになっている。制御装置ＣＯＮＴは第１、第２気体供給部９４、９６及び弁９３Ａ、９５Ａの動作を制御することにより、エアベアリング９２及びエアベアリング８７の浮上力（ギャップ）を個別に調整可能である。
【００２５】
Ｘガイドステージ３５はエアベアリング９２により第２定盤４Ｂに対して非接触支持されている。更に、エアベアリング８７により被ガイド部材８２は第１部材８１に対して非接触支持されている。また、第１面８４及び第２面８５は曲面状に形成されているため、被ガイド部材８２は第１部材８１に対して揺動可能となっている。
【００２６】
ここで、エアベアリング８７を構成する第１部材８１の流体吹出口９０及び溝形状は、図６〜図８を用いて説明した構成を採用することができる。また、第１部材８１の第１面８４の下部には鍔部８４Ａが形成されている。一方、第２面８５の下部には、鍔部８４Ａと係合可能なフランジ部８５Ａが設けられている。フランジ部８５Ａは、図９（ｂ）に示すように、円環状部材であって周方向に所定間隔で設けられた貫通穴９７を有している。貫通穴９７を設けたことにより、流体吹出口９０から吹き出された気体は、貫通穴９７を介して第１面８４と第２面８５とで形成される空間から円滑に排気されるようになっている。
【００２７】
以上、２つのガイド部４６、４６のうち、一方のガイド部４６に取り付けられる軸受装置８０Ａについて説明した。他方のガイド部４６に取り付けられる軸受装置８０Ｂの第１部材８１は、図１０に示すように、Ｙ軸方向に延びるシリンダ型（蒲鉾型）に形成されている。すなわち、第１部材８１の第１面８４は断面視円弧状（凸状曲面状）に形成されており、この第１面８４に対応する被ガイド部材８２の第２面８５は第１面８４の形状に沿う凹状曲面となっている。そして、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、軸受装置８０ＢはＹ軸方向に２つ並んで配置され、一方、軸受装置８０Ａは１つ配置された構成となっている。
【００２８】
次に、図１１を参照しながら、第２定盤４Ｂと固定子３１との間に介在する軸受装置６０の作用について説明する。第２定盤４Ｂとリニアモータ３０の固定子３１との間にエアベアリングを介在させ、第２定盤４Ｂ及び固定子３１のいずれか一方が撓んだ場合において、図１１（ａ）に示すように、エアベアリング６７が無い構成であると、エアベアリング７２のパッド部６９が固定子３１に接触する状態（いわゆる「かじり」）が発生し、第２定盤４Ｂに対して固定子３１が非接触支持されない。一方、図１１（ｂ）に示すように、エアベアリング６７を設けたことにより、例えば第２定盤４Ｂ（あるいは固定子３１）が撓んでも、エアベアリング６７の第１部材６１に対して第２部材６２が曲面形状に沿って揺動することにより第２定盤４Ｂの撓みを吸収する。これにより、エアベアリング７２におけるパッド部６９と固定子３１の下面３３とのギャップが維持され、かじりの発生を抑制できる。
【００２９】
次に、図１２を参照しながら、第１部材８１（６１）の半球状部分の曲率の設定手順について説明する。
図１２（ａ）に示すように、固定側である第１部材８１に対して可動側である第２部材８２が図中、右方向にδＸ移動したとする。このとき、第１部材８１の円弧中心Ｏからの任意角度θ傾きのエアベアリング剛性について考える。仰角θにある微小面積ｄＡに作用する力について考える。エアギャップは図中、ｒ_１−ｒ_０で平衡を保っているとする。可動側（第２部材８２）をδｘ移動した後のエアギャップはＬ−ｒ_０である。余弦定理より、
【数１】

【数２】

である。
Ｌ≧０より、（２）式は、
【数３】

となる。
【００３０】
ここで、平衡状態からのギャップ変化δｒは、
【数４】

である。δｘ≪ｒ_１より、（４）式は、
【数５】

となる。これは、図１２（ｂ）の近似を意味する。
【００３１】
次に、図１０に示したようなシリンダ型（蒲鉾型）の第１部材を有するベアリングについて考える。
ベアリング曲率半径：ｒ_０
カップ角度：α〜π・α
単位面積当たりの剛性：ｋ〔Ｎ／ｍ^３〕
シリンダ部（第１部材８１）の幅：ｂ
とすると、δｘ水平移動における抗力Ｆｈ１は、
【数６】

である。ここで、単位面積当たりの剛性ｋは、ベアリングの負荷容量、発振の生じ易さ（一般に、剛性を高くすると発振し易くなる）に基づいて決められている値である。また、カップ角度αは、図１２（ｃ）に示す角度である。
【００３２】
ｄＡ＝ｒ_０ｄθより、（６）式は、
【数７】

となる。（７）式より、剛性Ｋｈ１は、
【数８】

となる。
【００３３】
次に、図９に示したような球体型の第１部材を有するベアリングについて考える。
図１２（ｂ）に示すような座標系において、エアベアリング側の球体の中心を通り、Ｚ軸方向に平行な面を考える。この面とＹＺ平面とのなす角度をφとすると、球体ベアリングの水平抗力Ｆｈ２は、
【数９】

である。ｄＡ＝ｒ_０ｄθｒ_０ｄφより、（９）式は、
【数１０】

となる。（１０）式より球体ベアリングの横方向剛性Ｋｈ２は、
【数１１】

となる。
【００３４】
図１２（ａ）、（ｂ）のように半球状のエアベアリングにおいて、δｘのような肩変位をしたとき、球中心より右のエアベアリングには圧縮力、左には引っ張り力の復元力が発生する。上記の力により、紙面垂直となるＸ軸まわりにモーメントが発生し、このモーメントと平面ベアリングのＸ軸まわりの回転剛性とが釣り合うこととなる。以下に釣り合い点に如何なるパラメータが起因するかを考察する。
まず、球面の変位により発生するモーメントをＭ１とする。
【数１２】

である。ｄＡ＝ｒ_０ｄθｒ_０ｄφより、
【数１３】

となる。一方、平面ベアリングの端点の変位をδＺ、このときのモーメントＭ２の釣り合いを考えると、
【数１４】

となる。（１３）、（１４）式を比較して、設計条件としては、所望のギャップ変動（例えば２μｍ以下）でＭ１≦Ｍ２とならなければならないため、
【数１５】

である。（１５）式中、δＺはベアリング下のＺ方向における隙間に対応する。
【００３５】
ベアリング設計条件としては、
・（７）式でＸモータ反力を受ける条件で解くこと。
・（８）式でＸモータ固定子振動を考慮すること。すなわち、ベアリング部の振動とモータの応答周波数との関係を考慮することであって、互いの帯域が重ならないように設定すること。具体的には、モータの応答周波数と干渉しないようにこの応答周波数より大きくなるように設定される。
・（１０）、（１１）式で加速時に球面ベアリングが脱離しないこと。
・（１５）式で球面ベアリングにおいて、カジリが発生しないこと。
が挙げられる。
例えば、上記（７）式において、水平抗力Ｆｈ１はＸモータから受ける反力を表す。例えば、図４（ｂ）において、リニアモータ４０によって基板ステージＰＳＴが＋Ｘ側に駆動される際の反力は、Ｘガイドステージ３５と軸受装置８０Ａ、８０Ｂを介して第２定盤４Ｂに伝達される。この反力に耐えられるように軸受装置８０Ａ、８０Ｂの設計が行われる。
計算手順としては、まず、上記（７）、（８）式から、Ｆｈ１＝δｘ・Ｋｈ１となるので、この式のＦｈ１及びδｘに所定値（モータ出力、ベアリングのギャップ）を代入しＫｈ１を求める。このＫｈ１から周波数を計算し、上述の条件を満たしている場合は、Ｋｈ１の値と（８）式とから、ベアリングのシリンダ部の幅ｂ、カップ角度α、単位面積当たりの剛性ｋを設計値として固定すれば、曲率ｒ_０を求めることができる。
上記（１０）、（１１）は球体ベアリングを想定しているので、式にはｂの代わりにｒ_０が代入されるが、曲率ｒ_０は（７）、（８）式と同様にして求めることができる。
【００３６】
以上説明したように、パッド部６９を有する第１部材６１と第２部材６２との間に別のエアベアリング６７を設けたことにより、第１部材６１に対して第２部材６２が揺動可能となり、しかも第１面６４及び第２面６５の面積を大きくしても第１部材６１と第２部材６２との間で大きな摩擦力が発生するのを抑えることができる。したがって、剛性の低下を招くことなく、第２定盤４Ｂに対して固定子３１を良好な状態で非接触支持できる。特に、軸受部６７を非接触ベアリングであるエアベアリング（気体軸受）６７としたことにより、第１面６４と第２面６５との摩擦の発生を効果的に抑えることができる。そして、第１面６４及び第２面６５のそれぞれを曲面状にすることにより第１部材６１に対して第２部材６２が円滑に揺動可能となり、この揺動により固定子３１の撓みを吸収してかじりの発生を効果的に抑えることができる。更に、第１面６４及び第２面６５を曲面状にすることにより、第２定盤４Ｂと固定子３１との水平方向への相対的な移動の抗力を第１面６４及び第２面６５で受けることができる。
【００３７】
本実施形態におけるエアベアリング６７（８７）の流体吹出口７０（９０）は、第１部材６１の第１面６４及び第２部材６２の第２面６５のうち凸状曲面に設けられた構成であり、凹状曲面に加工する場合に比べて溝７７や流体吹出口７０を円滑に加工することができる。
【００３８】
本実施形態では、２つ設けられたリニアモータ３０、３０の固定子３１、３１は、第１定盤４Ａの両側に設けられた第２定盤４Ｂのそれぞれに支持されている構成である。また、第１定盤４Ａはベースプレート６に対して防振ユニット１３を介して支持されている。したがって、第２定盤４Ｂで発生した振動は第１定盤４Ａに対して伝達しない。一方、２つの第２定盤４Ｂは互いに独立して設けられているので、互いの相対位置変化によりＸガイドステージ３５がθＸ方向にねじれる場合が生じる。しかしながら、一方の軸受装置８０Ａの第１面８４が球面状に形成されているので、被ガイド部材８２が球面に沿って揺動することで前記ねじれを吸収できる。
【００３９】
本実施形態において、エアベアリング６７の流体吹出口７０は第２定盤４Ｂの平面部４５に固定された第２部材６２に形成されている構成である。すなわち、第１、第２部材６１、６２のうちエアベアリング６７の流体吹出口７０を備えている部材６２が、所定の基準面であるベースプレート６に対して固定されている第２定盤４Ｂに接続されている構成である。これにより、第１部材６１に流体吹出口７０を設ける構成に比べてエアベアリング６７のギャップ確保を円滑に行うことができる。
【００４０】
なお、上記実施形態では、軸受部６７、８７を有する軸受装置６０、８０は基板ステージＰＳＴに設けられている構成であるが、マスクステージＭＳＴの軸受装置（エアベアリング）に、本発明に係る軸受装置を適用することはもちろん可能である。
【００４１】
なお、本実施形態においては、流体軸受としてエアベアリングを用いた場合について説明したが、軸受に使用される流体はエア又は気体に限定されるものではない。軸受装置周辺の機器が密閉されている等、周囲の環境が許す状態にあれば、流体として液体を使うことも可能である。
【００４２】
以下、図１３〜図１６を参照しながら軸受装置８０Ａにおける気体供給系に関する他の実施形態について説明する。なお、以下に説明する気体供給系の形態は、軸受装置８０Ｂや軸受装置６０にももちろん適用可能である。また、以下に説明する実施形態において、上述した実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。
図１３において、軸受装置８０Ａは、気体供給部１００と、一端部が気体供給部１００に接続され、他端部が第１流路１０１と第２流路１０２とに分岐した主流路１０３とを備えている。そして、エアベアリング８７の流体吹出口９０に第１流路１０１が接続し、エアベアリング９２の気体吹出部８３に第２流路１０２が接続している。また、第１、第２流路１０１、１０２には弁１０１Ａ、１０２Ａがそれぞれ設けられており、主流路１０３には弁１０３Ａが設けられている。気体供給部１００及び弁１０１Ａ、１０２Ａ、１０３Ａの動作は制御装置ＣＯＮＴに制御され、制御装置ＣＯＮＴは、気体供給部１００及び弁１０１Ａ、１０２Ａ、１０３Ａの動作を制御することにより、エアベアリング８７、９２のギャップ調整をする。このように、１つの気体供給部１００に、途中で分岐する流路を接続し、２つのエアベアリング８７、９２のそれぞれに気体供給を行うようにしてもよい。
【００４３】
図１４に示す例では、エアベアリング８７の流体吹出口９０は被ガイド部材８２の凹状曲面８５に設けられている。そして、エアベアリング８７の流体吹出口９０は、弁１０４Ａを備える流路１０４を介して第１気体供給部１０５に接続され、エアベアリング９２の気体吹出部８３は、弁１０６Ａを備える流路１０６を介して第２気体供給部１０７に接続されている。このように、エアベアリング８７の流体吹出口９０を凹状曲面側に設けてもよい。
図１５に示す例では、第１部材８１には上面（第１面）８４と下面（所定面）８８とを貫通する貫通穴１０８が形成されている。また、気体供給部１１０は、エアベアリング８７の凹状曲面（第２面）８５に設けられた流体吹出口９０に、弁１０９Ａを備えた流路１０９を介して接続されている。流体供給口９０から吹き出された気体の一部は、エアベアリング８７の第１面８４と第２面８５とのギャップ調整に用いられ、残りの一部は貫通穴１０８を介して第１部材８１の下面８８とガイド部４６の上面４９とのギャップ調整に用いられる。
図１６に示す例では、エアベアリング８７の被ガイド部材８２の第２面８５が凸状曲面に形成されており、この第２面８５に流体吹出口９０が設けられている。このように、第１部材８１の上方に位置する被ガイド部材８２側に凸状曲面（第２面）８５を設けるようにしてもよい。
【００４４】
図１７は、軸受部８７の他の実施形態を示す図である。図１７に示すように、第１部材８１の第１面８４と第２部材８２の第２面８５との間には２つのエアベアリング８７Ａ、８７Ｂが設けられている。すなわち、ほぼ球状に形成されている第１部材８１の上部のうち上面８７Ｃのみが平坦面となっており、この上面８７Ｃ以外の２箇所に流体吹出口９０Ａ、９０Ｂが形成され、これら流体吹出口９０Ａ、９０Ｂのそれぞれに絞りが連続するように形成されていることで、２つのエアベアリング８７Ａ、８７Ｂが形成されている。一方、第１部材８１のパッド部８９とガイド部４６の上面４９との間には、上記実施形態同様、エアベアリング９２が形成されている。なお、図１７には、第１面８４と第２面８５との間に２つのエアベアリング８７Ａ、８７Ｂが設けられている例が示されているが、エアベアリングは３つ以上の任意の複数設けられていてもよい。このように、第１面８４と第２面８５との間の任意の複数箇所にエアベアリングを設ける構成とすることができる。
【００４５】
図１８は、軸受部８７にボールベアリングを用いた例を示す図である。このように、第１部材８１の第１面８４と第２部材８２の第２面８５との間に介在する軸受部８７としてボールベアリングを採用することが可能である。
【００４６】
なお、本実施形態におけるリニアモータにおいて、固定子がコイルユニットであり可動子が磁石ユニットである所謂ムービングマグネット型のリニアモータでもよいし、固定子側に磁石が設けられ、可動子側にコイルが設けられたムービングコイル型のリニアモータでもよい。
【００４７】
なお、上記実施形態の感光基板Ｐとしては、半導体デバイス用の半導体ウエハのみならず、液晶ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。
【００４８】
露光装置ＥＸとしては、マスクＭと感光基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置の他に、マスクＭと感光基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを露光し、感光基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置にも適用することができる。
【００４９】
露光装置ＥＸの種類としては、ウエハに半導体デバイスパターンを露光する半導体デバイス製造用の露光装置に限られず、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶表示素子製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。
【００５０】
また、露光用照明光の光源として、超高圧水銀ランプから発生する輝線（ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０４．７ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ_２レーザ（１５７ｎｍ）のみならず、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ_６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。さらに、電子線を用いる場合は、マスクＭを用いる構成としてもよいし、マスクＭを用いずに直接ウエハ上にパターンを形成する構成としてもよい。また、ＹＡＧレーザや半導体レーザ等の高周波などを用いてもよい。
【００５１】
投影光学系ＰＬとしては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ_２レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系にし（マスクＭも反射型タイプのものを用いる）、また電子線を用いる場合には光学系として電子レンズ及び偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は、真空状態にすることはいうまでもない。また、投影光学系ＰＬを用いることなく、マスクＭと基板Ｐとを密接させてマスクＭのパターンを露光するプロキシミティ露光装置にも適用可能である。
【００５２】
上記実施形態のように基板ステージＰＳＴやマスクステージＭＳＴにリニアモータを用いる場合においてエアベアリングを用いたエア浮上型に限られず、ローレンツ力又はリアクタンス力を用いた磁気浮上型を用いてもよい。また、各ステージＰＳＴ、ＭＳＴは、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。
【００５３】
基板ステージＰＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。また、マスクステージＭＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
【００５４】
以上のように、本願実施形態の露光装置ＥＸは、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００５５】
半導体デバイスは、図１９に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置ＥＸによりマスクのパターンを基板に露光する基板処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、気体吹出部を有する第１部材と第２部材との間に別の軸受部を設けたことにより、第１部材と第２部材との間で大きな摩擦力が発生するのを抑えつつ、気体吹出部と構造体との接触を防ぐことができる。したがって、第１構造体と第２構造体とを良好な状態で非接触支持することができ、この軸受装置をステージ装置に適用することにより、円滑なステージ移動を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のステージ装置を備えた露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】ステージ装置の一実施形態を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の軸受装置を備えたステージ装置の一実施形態を示す概略斜視図である。
【図４】（ａ）は図３のステージ装置の平面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】軸受装置の一実施形態を示す側面図である。
【図６】軸受装置の流体吹出口の一実施例を示す図である。
【図７】軸受装置の流体吹出口の一実施例を示す図である。
【図８】軸受装置の流体吹出口の一実施例を示す図である。
【図９】（ａ）は軸受装置の一実施形態を示す側面図、（ｂ）は（ａ）の軸受装置に設けられたフランジ部を示す図である。
【図１０】軸受装置の第１部材の一例を示す概略斜視図である。
【図１１】本発明の軸受装置の作用を説明するための図である。
【図１２】第１部材の曲率の設定手順を説明するための図である。
【図１３】本発明の軸受装置の他の実施形態を示す図である。
【図１４】本発明の軸受装置の他の実施形態を示す図である。
【図１５】本発明の軸受装置の他の実施形態を示す図である。
【図１６】本発明の軸受装置の他の実施形態を示す図である。
【図１７】本発明の軸受装置の他の実施形態を示す図である。
【図１８】本発明の軸受装置の他の実施形態を示す図である。
【図１９】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１、２…ステージ装置、４Ｂ…第２定盤（第２構造体）、
３０…リニアモータ、３１…固定子（第１構造体）、
３５…Ｘガイドステージ（第１構造体）、６０、８０…軸受装置、
６１、８１…第１部材、６２、８２…第２部材、６３、８３…気体吹出部、
６４、８４…第１面、６５、８５…第２面、
６７、８７…軸受部（流体軸受、ボールベアリング）、６８、８８…所定面、
７０、９０…流体吹出口、ＥＸ…露光装置、Ｍ…マスク、
ＭＳＴ…マスクステージ、Ｐ…感光基板（基板）、ＰＳＴ…基板ステージ

Claims

第１部材の所定面に気体吹出部を備えた軸受装置において、前記第１部材の前記所定面以外の第１面に対向する第２面を有する第２部材と、前記第１面と前記第２面との間に介在する軸受部とを備えたことを特徴とする軸受装置。
前記第１面は前記第１部材において前記所定面の反対側にあることを特徴とする請求項１記載の軸受装置。
前記軸受部は流体軸受であることを特徴とする請求項１又は２記載の軸受装置。
前記流体軸受における流体は、前記第１部材における前記気体吹出部から吹き出される気体とは独立に設けられていることを特徴とする請求項３記載の軸受装置。
前記第１面及び前記第２面のいずれか一方は凸状曲面であるとともに他方は該凸状曲面に沿う凹状曲面であり、前記流体軸受の流体吹出口は、前記凸状曲面に設けられていることを特徴とする請求項４記載の軸受装置。
前記軸受部はボールベアリングであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の軸受装置。
第１構造体に対して第２構造体を支持する気体軸受装置を備えたステージ装置において、
前記気体軸受装置に、請求項１〜請求項６のいずれか一項記載の軸受装置が用いられていることを特徴とするステージ装置。
前記軸受装置は、前記第１構造体及び前記第２構造体のいずれか一方が移動できる方向に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項７記載のステージ装置。
前記軸受部は流体軸受により構成されており、
前記第１、第２部材のうち前記流体軸受の流体吹出口を備えている部材が、前記第１、第２構造体のうち所定の基準面に略固定されている構造体に接続されていることを特徴とする請求項７又は８記載のステージ装置。
マスクステージに支持されたマスクのパターンを基板ステージに支持された基板に露光する露光装置において、
前記マスクステージ及び前記基板ステージのうち少なくともいずれか一方に、請求項７〜請求項９のいずれか一項記載のステージ装置が用いられていることを特徴とする露光装置。