JP2001057325A - Stage device and aligner - Google Patents
Stage device and alignerInfo
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Linear Motors (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ステージ装置及び
露光装置に係り、さらに詳しくは、空気雰囲気中は勿
論、窒素ガス(N2)、ヘリウムガス(He)、あるい
は真空等の非空気環境下においても制御対象物体の位置
・姿勢を高精度に制御するステージ装置、及び該ステー
ジ装置を備えた露光装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a stage device and an exposure apparatus, and more particularly, of course in the air atmosphere, nitrogen gas (N 2), helium gas (the He), or a non-air environment such as vacuum The present invention also relates to a stage device for controlling the position and orientation of a control target object with high accuracy, and an exposure apparatus including the stage device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレ
チクル(以下、「レチクル」と総称する)に形成された
パターンを投影光学系を介してレジスト等が塗布された
ウエハ又はガラスプレート等の基板上に転写する露光装
置が用いられている。この種の露光装置では、ウエハを
高精度に露光位置に位置決めしつつ、レチクルに形成さ
れたパターンをウエハ上の複数のショット領域に順次転
写する必要から、ウエハを保持したウエハホルダが設け
られたステージを2次元移動可能なステージ装置が設け
られている。2. Description of the Related Art Conventionally, in a lithography process for manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device, or the like, a pattern formed on a mask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as a “reticle”) is resisted through a projection optical system. There is used an exposure apparatus that transfers the image onto a substrate such as a wafer or a glass plate coated with a substrate. In this type of exposure apparatus, it is necessary to sequentially transfer the pattern formed on the reticle to a plurality of shot areas on the wafer while positioning the wafer at the exposure position with high precision, so a stage provided with a wafer holder holding the wafer is provided. Is provided.
【0003】最近では、ウエハをより高速に、かつ、機
械的な案内面の精度等に影響されず高精度に2次元位置
制御するとともに、機械的な摩擦を回避して長寿命とす
るために、ウエハが載置されたテーブルを非接触で2次
元方向(X方向、Y方向、及びθZ方向の3自由度方
向)に駆動することにより、ウエハのXY2次元位置制
御を行うステージ装置が開発されている。かかる非接触
駆動のステージ装置の駆動源としては、可変磁気抵抗駆
動方式の平面モータや、ローレンツ力による電磁力駆動
方式を採用した平面モータが使用されている。Recently, in order to control the two-dimensional position of a wafer at a higher speed and with high accuracy without being affected by the accuracy of a mechanical guide surface, etc., and to avoid mechanical friction and extend the life of the wafer. , a two-dimensional direction of the wafer is placed a table in a non-contact by driving in the (X-direction, directions of three degrees of freedom in the Y direction, and theta Z-direction), the stage apparatus is developed to perform XY2 dimensional position control of the wafer Have been. As a drive source of such a non-contact drive stage device, a planar motor of a variable reluctance drive system or a planar motor of an electromagnetic drive system using Lorentz force is used.
【0004】現状では、大きな駆動力が得られる可変磁
気抵抗駆動方式の平面モータが主流であり、かかる可変
磁気抵抗駆動方式の平面モータとしては、ソイヤモータ
のように可変磁気抵抗駆動方式のリニアパルスモータを
2軸分結合させた構造が多用されている。この可変磁気
抵抗駆動方式のリニアパルスモータは、例えば凹凸状の
歯部が長手方向に沿って等間隔に形成された板状の磁性
体によって構成された固定子と、該固定子の凹凸状の歯
部と対向し、この凹凸状歯部とは異なる位相の凹凸部を
有する複数の電機子コイルが永久磁石を介して連結され
た可動子とを備える。そして各時点における固定子と可
動子との間の磁気抵抗を最小にしようとして発生する磁
気力を利用して、可動子を駆動する。すなわち各電機子
コイルに供給されるパルス電流の電流値及び位相を調整
・制御することにより、可動子をステップ移動又は定速
移動させている。At present, variable magnetoresistive drive type planar motors capable of obtaining a large driving force are predominant. As such variable magnetoresistive drive type planar motors, variable magnetoresistive drive type linear pulse motors such as soyer motors are used. Are used in many cases. The variable pulse motor of the variable reluctance drive system includes, for example, a stator formed of a plate-shaped magnetic body having uneven tooth portions formed at regular intervals along a longitudinal direction, and an uneven shape of the stator. A mover is provided with a plurality of armature coils opposed to the teeth and having irregularities having phases different from those of the irregular teeth, which are connected via permanent magnets. Then, the mover is driven by using a magnetic force generated in an attempt to minimize the magnetic resistance between the stator and the mover at each time. That is, the mover is moved stepwise or at a constant speed by adjusting and controlling the current value and phase of the pulse current supplied to each armature coil.
【0005】一方、電磁力駆動方式はローレンツ力に基
づく理論的設計が容易であり、高帯域まで電流と推力と
の線形性が良く、かつ無鉄心の場合には推力むらも少な
いため、制御性に優れている利点があり、電磁力駆動方
式を採用した平面モータも開発されているが(例えば、
米国特許(USP)第519745号公報参照)、可変
磁気抵抗駆動方式並みの駆動力を得ることが従来は困難
であった。しかし、最近における永久磁石の高性能化は
目覚しく、エネルギ積が40MGOe以上の高性能磁石
が利用可能となっており、再び電磁力駆動方式に脚光が
集中し出している。On the other hand, in the electromagnetic driving method, the theoretical design based on the Lorentz force is easy, and the linearity of the current and the thrust is good up to a high band. The planar motor adopting the electromagnetic driving method has been developed (for example,
Conventionally, it has been difficult to obtain a driving force comparable to that of the variable magnetoresistive driving method (see U.S. Pat. No. 519745). However, the performance of permanent magnets has been remarkably improved in recent years, and high-performance magnets having an energy product of 40 MGOe or more have become available.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上述したような平面モ
ータでは、X,Y,θZの3自由度方向の位置・姿勢制
御を非接触で行うために、浮上支持制御の容易さの観点
から、浮上支持機構として静圧空気軸受けが一般に採用
されている。[0005] In a planar motor as described above, X, Y, in order to perform a non-contact position and posture control of the directions of three degrees of freedom theta Z, from the viewpoint of easiness in levitation support control A static pressure air bearing is generally employed as a floating support mechanism.
【0007】ところで、ウエハの位置・姿勢の制御を行
うステージ装置においては、X,Y,θZの3自由度方
向の位置・姿勢制御に加えて、Z,θX,θYの3自由度
方向に関する位置・姿勢制御を更に行うことが必要とな
る。かかるZ,θX,θYの3自由度方向に関する位置・
姿勢制御を行うのにあたって、静圧空気軸受けは応答性
に難があるため、空気圧制御によるZ,θX,θYの3自
由度方向の位置・姿勢制御は困難である。このため、現
状では、ステージ上にZ,θX,θYの3自由度方向の位
置・姿勢制御が可能なZ・レベリングテーブルを搭載す
ることが通常行われている。こうしたステージ装置で
は、可動部の重量が大きく、要求加速度を得るためにリ
ニアモータとして高推力モータが必要であった。また、
可動部の寸法が大きいことから、設計の自由度も制限さ
れていた。By the way, in the stage apparatus for controlling the position and orientation of the wafer, X, Y, in addition to the position and posture control of the directions of three degrees of freedom theta Z, Z, theta X, three degrees of freedom of theta Y It is necessary to further perform position / posture control regarding the direction. The position in the three degrees of freedom of Z, θ X and θ Y
In performing the attitude control, since the responsiveness of the static pressure air bearing is difficult, it is difficult to control the position and attitude in the three degrees of freedom of Z, θ X , and θ Y by the air pressure control. For this reason, at present, a Z-leveling table capable of controlling the position and orientation in three degrees of freedom of Z, θ X , and θ Y is usually mounted on the stage. In such a stage device, the weight of the movable portion is large, and a high thrust motor is required as a linear motor to obtain the required acceleration. Also,
Due to the large size of the movable part, the degree of freedom in design was also limited.
【0008】また、半導体素子の高集積化に伴うデバイ
スルール(実用最小線幅)の微細化に伴い、露光装置の
性能としてますます高解像力が要求されるようになって
きた。このため、露光波長の短波長化が進み、次世代以
降の露光装置としては、波長200nm以下の真空紫外
(VUV)光、あるいはこれより短波長のX線、又は電
子線等の荷電粒子線等を露光用エネルギビームとして用
いることが必要となってきた。このような露光装置で
は、エネルギビームの通路に空気が存在すると光化学反
応により曇り物質やオゾンO3等のエネルギビームの吸
収物質が発生したり、あるいは空気分子により直接エネ
ルギビームが吸収されるため、窒素N2やヘリウムHe
等で空気を置換したり、あるいは真空環境とする必要が
ある。Further, with the miniaturization of device rules (practical minimum line width) accompanying the high integration of semiconductor devices, an exposure apparatus has been required to have an even higher resolution as a performance. For this reason, the exposure wavelength has been shortened, and as a next-generation or later exposure apparatus, vacuum ultraviolet (VUV) light having a wavelength of 200 nm or less, or a charged particle beam such as an X-ray having a shorter wavelength or an electron beam. Has to be used as an energy beam for exposure. In such an exposure apparatus, if air is present in the energy beam path, a cloudy substance or an energy beam absorbing substance such as ozone O 3 is generated by a photochemical reaction, or the energy beam is directly absorbed by air molecules. Nitrogen N 2 or helium He
For example, it is necessary to replace the air with a gas or to create a vacuum environment.
【0009】これに対して、上述の静圧空気軸受け方式
によってZ・レベリングステージを浮上支持するステー
ジ装置では、その性質上、基本的に大気圧下での使用に
限定されるため、特殊環境例えば真空環境下では使用す
ることが困難である。On the other hand, the stage device which floats and supports the Z-leveling stage by the above-mentioned static pressure air bearing system is basically limited to use under atmospheric pressure. It is difficult to use in a vacuum environment.
【0010】本発明はかかる事情の下になされたもの
で、その第1の目的は、非空気環境下においても、支障
無く、ステージの位置・姿勢制御を行うことができると
ともにステージの構成の簡略化及び小型・軽量化が可能
なステージ装置を提供することにある。The present invention has been made under such circumstances, and a first object of the present invention is to control the position and attitude of the stage without any trouble even in a non-air environment and to simplify the structure of the stage. It is an object of the present invention to provide a stage device that can be made smaller and smaller and lighter.
【0011】また、本発明の第2の目的は、スループッ
トの向上を図ることができる露光装置を提供することに
ある。A second object of the present invention is to provide an exposure apparatus capable of improving the throughput.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明のステージ装置
は、物体(W)を搭載する搭載面を有するステージ(W
ST)と;前記ステージを移動面に沿って電磁力で駆動
する第1の駆動装置(31)と;前記ステージ上に配設
され、磁気力を調節する調節装置(801〜804)を有
し、前記ステージを前記移動面と交差する方向に磁気力
で駆動する第2の駆動装置(32)とを備えるステージ
装置である。A stage apparatus according to the present invention comprises a stage (W) having a mounting surface on which an object (W) is mounted.
ST) and; a first driving device for driving an electromagnetic force along the moving surface of the stage (31); disposed on the stage, adjusting device for adjusting the magnetic force (80 1 to 80 4) A second driving device (32) for driving the stage with a magnetic force in a direction intersecting with the moving surface.
【0013】これによれば、ステージは、第1の駆動装
置により、移動面に沿って電磁力で駆動され、第2の駆
動装置により、移動面と交差する方向に磁気力で駆動さ
れる。ここで、「移動面に沿って駆動する」とは、ステ
ージを移動面に平行な面内における所定の一軸方向、直
交2軸方向、あるいは直交2軸方向及びその面内の回転
方向に駆動する場合のいずれをも含み、また、「移動面
と交差する方向に駆動する」とは、ステージの姿勢を保
ったままで移動面に交差する方向に沿って位置を変化さ
せる場合のみならず、その姿勢を変化させるようにステ
ージを移動面と交差する方向に駆動する場合の双方を含
む。According to this, the stage is driven by the first driving device by the electromagnetic force along the moving surface, and is driven by the second driving device by the magnetic force in a direction intersecting the moving surface. Here, “driving along the moving surface” means that the stage is driven in a predetermined uniaxial direction, a perpendicular biaxial direction, or a perpendicular biaxial direction in a plane parallel to the moving surface, and a rotating direction in the plane. In both cases, "driving in the direction intersecting with the moving surface" means not only changing the position along the direction intersecting with the moving surface while maintaining the posture of the stage, but also the posture. And driving the stage in a direction intersecting the moving surface so as to change
【0014】したがって、ステージを、第1の駆動装置
により移動面内の3自由度方向について電磁力で駆動
し、第2の駆動装置により残りの3自由度方向について
磁気力で駆動することが可能となり、これにより、非空
気環境下においても、支障無く、ステージの位置・姿勢
制御が可能となる。また、Z・レベリングテーブル、エ
アベアリング等が不要となり、ステージの小型・軽量化
が可能となり、これによりステージの位置制御性の向上
が可能となる。ここで、電磁力とは、ローレンツ力と同
義であり、 F=B・I・L(B:磁束密度、I:電流、L:コイル
の長さ) で定義される。また、磁気力とは、磁極を有した2つの
物体が引きあったり反発しあったりする力をいう。Therefore, the stage can be driven by the first driving device with electromagnetic force in three directions of freedom in the moving plane, and can be driven by the second driving device with magnetic force in the remaining three directions of freedom. Accordingly, the position and orientation of the stage can be controlled without any trouble even in a non-air environment. Further, a Z-leveling table, an air bearing, and the like are not required, and the size and weight of the stage can be reduced, thereby improving the position controllability of the stage. Here, the electromagnetic force is synonymous with the Lorentz force and is defined by F = BIL (B: magnetic flux density, I: current, L: coil length). The magnetic force refers to a force that causes two objects having magnetic poles to pull or repel each other.
【0015】本発明のステージ装置では、前記第1の駆
動装置が、前記移動面と対向するように前記ステージに
設けられた可動子(60)と;該可動子との間の電磁相
互作用により前記ステージを駆動する固定子(50)と
を備える構成とすることができる。かかる場合には、ス
テージは、固定子と可動子との間の電磁相互作用により
移動面に沿って可動子とともに駆動される。また、調節
装置によってステージの載置面側(移動面と反対側)に
おける磁気力が調節されると、移動面と直交する軸方向
及び移動面に対する傾斜方向(ピッチング方向、ローリ
ング方向)の内の少なくとも一方向についてステージは
駆動される。In the stage device according to the present invention, the first driving device includes a movable element (60) provided on the stage so as to face the moving surface; and an electromagnetic interaction between the movable element (60) and the movable element. And a stator (50) for driving the stage. In such a case, the stage is driven together with the mover along the moving surface by electromagnetic interaction between the stator and the mover. When the adjusting device adjusts the magnetic force on the mounting surface side of the stage (opposite to the moving surface), the magnetic force in the axial direction orthogonal to the moving surface and the inclination direction (pitching direction, rolling direction) with respect to the moving surface is adjusted. The stage is driven in at least one direction.
【0016】ここで、前記可動子が電機子ユニット(6
1)を有し、前記固定子が磁極ユニット(50)を有す
る構成とすることができる。かかる場合には、第1の駆
動装置における電機子ユニット付近の磁束の発生源であ
る磁極ユニットによる磁束が、第2の駆動装置における
磁気力を発生するための磁気回路に混入する量を、前記
可動子が磁極ユニットを有し、前記固定子が電機子ユニ
ットを有する構成の場合よりも低減することができる。
したがって、安定した可動子の浮上支持制御が可能とな
る。Here, the mover is an armature unit (6
1), wherein the stator has a magnetic pole unit (50). In such a case, the amount of the magnetic flux generated by the magnetic pole unit, which is the source of the magnetic flux near the armature unit in the first drive unit, mixed into the magnetic circuit for generating the magnetic force in the second drive unit, It can be reduced as compared with the case where the mover has a magnetic pole unit and the stator has an armature unit.
Therefore, stable floating support control of the mover is possible.
【0017】なお、第2の駆動装置における磁気力を発
生するための磁気回路に混入する磁極ユニットによる磁
束量を低減するためには、電機子ユニットが、磁気シー
ルド効果を有する磁性体部材を介してステージに支持さ
れることが好ましい。かかる場合には、固定子の磁極ユ
ニットと電機子コイルを支持する磁性体部材との間に磁
気的吸引力が作用するので、可動子の浮上剛性を高める
ことができる。In order to reduce the amount of magnetic flux caused by the magnetic pole unit mixed in the magnetic circuit for generating a magnetic force in the second driving device, the armature unit is connected via a magnetic member having a magnetic shielding effect. It is preferable that the stage is supported by the stage. In such a case, a magnetic attractive force acts between the magnetic pole unit of the stator and the magnetic member supporting the armature coil, so that the floating rigidity of the mover can be increased.
【0018】また、本発明のステージ装置では、前記電
機子ユニットを収納する収納空間が形成された容器部材
(67)と;前記収納空間に冷媒を供給して前記各電機
子コイルを冷却する冷却装置(18)とを更に備える構
成とすることができる。かかる場合には、駆動力の発生
にあたって、電流が電機子コイルに供給されることによ
り電機子コイルで発生する熱を、冷却装置から供給され
た冷媒によって除去するので、電機子コイルの温度上昇
と電機子コイルの周囲への熱の拡散とを抑制することが
できる。したがって、電機子コイルの温度上昇に伴う駆
動力の発生効率の変化、電機子コイルの周囲の部材や装
置への熱の伝達による熱膨張の発生、及びステージ周辺
の雰囲気の揺らぎの発生を低減することができる。Further, in the stage device of the present invention, a container member (67) in which a storage space for storing the armature unit is formed; cooling for supplying a refrigerant to the storage space to cool the armature coils; And a device (18). In such a case, when the driving force is generated, the heat generated in the armature coil due to the current being supplied to the armature coil is removed by the refrigerant supplied from the cooling device. Diffusion of heat to the periphery of the armature coil can be suppressed. Therefore, it is possible to reduce the change in the efficiency of generating the driving force due to the rise in the temperature of the armature coil, the occurrence of thermal expansion due to the transfer of heat to members and devices around the armature coil, and the occurrence of fluctuation in the atmosphere around the stage. be able to.
【0019】ここで、前記電機子ユニットが、複数の電
機子コイルを含み、前記複数の電機子コイルを前記ステ
ージから離間して支持するコイル支持部材を更に備える
構成とすることができる。かかる場合には、電機子コイ
ルで発生した熱は直接的にはステージに伝導せずにコイ
ル支持部材を介してのみステージに伝導するのみであ
り、かつ、冷媒と電機子コイルとの接触面積を大きくす
ることができるので、電機子コイルで発生した熱を効率
良く除熱することができるとともに、電機子コイルで発
生した熱のステージへの伝導量を低減することができ
る。Here, the armature unit may include a plurality of armature coils, and may further include a coil supporting member for supporting the plurality of armature coils apart from the stage. In such a case, the heat generated by the armature coil does not directly conduct to the stage, but only to the stage via the coil support member, and reduces the contact area between the refrigerant and the armature coil. Since it can be increased, the heat generated in the armature coil can be efficiently removed, and the amount of heat generated in the armature coil transmitted to the stage can be reduced.
【0020】本発明のステージ装置では、前記調節装置
が、前記ステージの前記搭載面側に配設され、前記搭載
面とほぼ平行な磁極面を有する少なくとも3つの磁石体
(801〜804)を有し、前記第2の駆動装置は、前記
磁石体の磁極面に対向する平板状磁性体部材(85)を
備える構成とすることができる。かかる場合には、前記
調節装置が、各磁石体とこれらの磁極面に対向する平板
状磁性体部材との間の磁気力(磁気吸引力)を調節する
ことにより、移動面に直交する軸方向、及び移動面内の
直交2軸回りの回転方向のいずれの方向にもステージを
駆動することが可能になる。[0020] In the stage device of the present invention, the adjusting device is disposed on the mounting surface of the stage, at least three magnet body having substantially parallel pole surface and the mounting surface (80 1 to 80 4) And the second driving device may include a flat magnetic member (85) opposed to a magnetic pole surface of the magnet body. In such a case, the adjusting device adjusts a magnetic force (magnetic attraction force) between each magnet body and the plate-shaped magnetic material member facing the magnetic pole surface, so that an axial direction orthogonal to the moving surface is provided. And the stage can be driven in any of the directions of rotation about two orthogonal axes in the moving plane.
【0021】この場合において、磁石及び磁極部は、そ
れぞれ少なくとも3つあれば足りるが、前記ステージが
四角形状を有し、前記磁石体は、前記ステージの前記搭
載面側の4角にそれぞれ各1つ配置される構成とするこ
とができる。かかる場合には、隣接する2つの磁石体と
平板状磁性体との間の磁気力と、残りの隣接する2つの
磁石体と平板状磁性体との間の磁気力とを、同時に増減
させることにより、ステージの位置を殆ど変化させるこ
となく、ステージを傾斜方向にのみ駆動することができ
る。In this case, it is sufficient that at least three magnets and three magnetic pole parts are provided, respectively, but the stage has a square shape, and the magnet body is provided at each of four corners on the mounting surface side of the stage. One arrangement may be adopted. In such a case, the magnetic force between two adjacent magnet bodies and the plate-shaped magnetic body and the magnetic force between the remaining two adjacent magnet bodies and the plate-shaped magnetic body are simultaneously increased and decreased. Accordingly, the stage can be driven only in the tilt direction without substantially changing the position of the stage.
【0022】上記の磁石体の構成としては様々な構成が
考えられるが、前記磁石体が、電磁石(82a,82
b)を含む構成とすることができる。かかる場合には、
各電磁石に供給する電流を調整することにより、各磁石
体と平板状磁性体との間の磁気力を調整することができ
る。Various configurations are conceivable as the configuration of the magnet body, and the magnet body is composed of electromagnets (82a, 82a).
b). In such cases,
By adjusting the current supplied to each electromagnet, the magnetic force between each magnet body and the flat magnetic body can be adjusted.
【0023】この場合、電磁石のみによって各磁石体と
平板状磁性体との間の磁気力を発生することも可能であ
るが、前記磁石体が、前記電磁石とともに磁気回路を形
成する永久磁石(81)を更に含む構成とすることがで
きる。かかる場合には、浮上支持のために必要な磁気力
の源となる磁石体としての起磁力の少なくとも一部を永
久磁石によって発生することができるので、電磁石に供
給する電流量を低減できるの省電力化を図ることができ
る。In this case, it is possible to generate a magnetic force between each magnet body and the plate-like magnetic body only by the electromagnet. However, the magnet body forms a permanent magnet (81) that forms a magnetic circuit with the electromagnet. ) Can be further included. In such a case, at least a part of the magnetomotive force as the magnet body serving as the source of the magnetic force required for the levitation support can be generated by the permanent magnet, so that the amount of current supplied to the electromagnet can be reduced. Electricity can be achieved.
【0024】さらに、前記永久磁石が、前記電磁石に電
流が供給されておらず、かつ前記各磁石体と前記平板状
磁性体部材との間隔が所定の値であるときに、前記ステ
ージ、前記可動子及び前記磁石体の全体に働く鉛直下方
の力と、前記磁石体と前記平板状磁性体部材との間の磁
気力の合計とが釣り合うように、磁力が設定されている
構成とすることができる。かかる場合には、磁気力を調
整することなく、ステージの自重を磁気力により支えた
状態でステージを定常状態の位置に保持することができ
る。したがって、定常状態からのステージの位置・姿勢
の調整を僅かのエネルギで実現することが可能になる。Further, when no current is supplied to the electromagnet and the distance between each of the magnets and the flat magnetic member is a predetermined value, the stage and the movable The magnetic force may be set such that the vertical force acting on the whole of the magnet and the magnet body and the total magnetic force between the magnet body and the flat magnetic member are balanced. it can. In such a case, the stage can be held at a steady state position without adjusting the magnetic force, with the stage's own weight supported by the magnetic force. Therefore, adjustment of the position and orientation of the stage from the steady state can be realized with a small amount of energy.
【0025】また、磁石体が電磁石を有する場合には、
前記調節装置が、前記ステージの前記搭載面側の少なく
とも3箇所に設けられ、前記平板状磁性体部材との間の
ギャップ量を検出するギャップセンサ(861〜864)
と;前記ギャップセンサによる検出結果に基づいて、前
記電磁石に供給する電流を制御する電流制御装置とを備
える構成とすることができる。かかる場合には、ギャッ
プセンサによって検出されたギャップセンサと平板状磁
性体との間のギャップ量に基づいて、電流制御装置が電
磁石に供給する電流を制御するので、ステージの移動面
と直交する軸方向及び移動面に対する傾斜方向ついて精
度良くステージを駆動することができる。When the magnet body has an electromagnet,
Said adjustment device is provided in at least three locations of the mounting surface of the stage, a gap sensor for detecting the gap amount between the plate-shaped magnetic member (86 1 to 86 4)
And a current control device for controlling a current supplied to the electromagnet based on a detection result by the gap sensor. In such a case, the current controller controls the current supplied to the electromagnet based on the gap amount between the gap sensor and the flat magnetic body detected by the gap sensor, so that the axis perpendicular to the moving surface of the stage is controlled. The stage can be driven accurately with respect to the direction and the tilt direction with respect to the moving surface.
【0026】ここで、前記電流制御装置が、前記電磁石
に供給する電流と前記ギャップセンサによる検出結果と
に関する非線形電磁石モデルを有する線形制御モデルに
基づいて、前記電磁石に供給する電流を制御する構成と
することができる。かかる場合には、本来非線形な電磁
石に供給する電流とギャップセンサによる検出結果との
関係を非線形のままとしつつ、全体として線形な浮上制
御系となる線形制御モデルを用いて浮上制御を行うの
で、広い範囲にわたって精度良くステージの位置(Z位
置)・姿勢の制御を行うことができる。Here, the current controller controls the current supplied to the electromagnet based on a linear control model having a non-linear electromagnet model relating to the current supplied to the electromagnet and the detection result of the gap sensor. can do. In such a case, the levitation control is performed using a linear control model that becomes a linear levitation control system as a whole while keeping the relationship between the current supplied to the originally non-linear electromagnet and the detection result obtained by the gap sensor non-linear. The position (Z position) and attitude of the stage can be accurately controlled over a wide range.
【0027】また、本発明のステージ装置では、前記ス
テージが、前記移動面に沿って移動するテーブル(8
8)と;前記テーブル上に設けられ、前記物体を支持す
る物体支持部材(89)とを備える構成とすることがで
きる。ここで、前記物体支持部材が、高透磁率を有する
磁気シールド材料から成る構成としたり、前記ステージ
が、前記物体支持部材の前記物体側の面に張り付けられ
た、高透磁率を有する磁気シールド材料から成る磁気シ
ールド部材を更に備える構成とすることができる。かか
る場合には、第1の駆動装置において利用する磁束の物
体支持部材の物体載置面側への侵入量を低減することが
できる。したがって、電子ビーム等の荷電粒子ビームに
よる基板等の物体の露光にあたって、荷電粒子ビームの
磁気による偏向を防止することができるので、高精度の
露光を行うことができる。[0027] In the stage apparatus of the present invention, the stage moves along the moving surface.
8); an object support member (89) provided on the table and supporting the object. Here, the object support member may be made of a magnetic shield material having a high magnetic permeability, or the stage may be attached to the object-side surface of the object support member, and the magnetic shield material may have a high magnetic permeability. And a magnetic shield member comprising: In such a case, it is possible to reduce the amount of magnetic flux used in the first driving device to enter the object mounting surface side of the object support member. Therefore, in exposing an object such as a substrate with a charged particle beam such as an electron beam, it is possible to prevent the charged particle beam from being deflected by magnetism, and to perform high-precision exposure.
【0028】上記の物体支持部材を備える場合には、前
記物体支持部材が、少なくとも3箇所で前記テーブル上
に支持される構成とすることができる。かかる場合にお
いて、テーブルと支持部材との接触面積は小さいほど好
ましい。これは、第1の駆動装置や第2の駆動装置で発
生した熱の、テーブルを介した物体支持部材への伝導量
を低減できるからである。When the object supporting member is provided, the object supporting member may be supported on the table at at least three places. In such a case, the smaller the contact area between the table and the support member, the better. This is because the amount of heat generated by the first drive device and the second drive device to the object support member via the table can be reduced.
【0029】本発明の露光装置は、光学系(PL)を介
したエネルギビームにより基板(W)を露光して所定の
パターンを前記基板に転写する露光装置であって、本発
明のステージ装置(30)を備え、該ステージ装置を構
成する前記ステージを前記基板を保持する基板ステージ
として具備することを特徴とする露光装置である。The exposure apparatus of the present invention is an exposure apparatus for exposing a substrate (W) by an energy beam through an optical system (PL) and transferring a predetermined pattern onto the substrate, and the stage apparatus ( 30), wherein the stage constituting the stage apparatus is provided as a substrate stage for holding the substrate.
【0030】これによれば、本発明のステージ装置によ
り、非空気環境下においても、支障無く、ステージの位
置・姿勢制御を行うことができ、ステージの簡略化及び
小型・軽量化が可能となる。したがって、ステージのよ
り高速化、高加速度化が可能となるとともに、位置制御
制性の向上に伴う位置決め整定時間等の短縮により、ス
ループットの向上を図ることが可能になる。According to this, the position and orientation of the stage can be controlled without any trouble even in a non-air environment by the stage device of the present invention, and the stage can be simplified, and the size and weight can be reduced. . Accordingly, it is possible to increase the speed and acceleration of the stage, and to improve the throughput by shortening the positioning settling time and the like accompanying the improvement of the position control performance.
【0031】本発明の露光装置では、前記ステージ装置
を構成する前記第1の駆動装置と前記光学系を保持する
保持部(43)とが振動に関して独立している構成とす
ることができる。かかる場合には、第1の駆動装置の固
定子が、前記光学系を保持する保持部と振動に関して独
立しているので、第1の駆動装置によるステージの駆動
に伴って生じる反力が光学系の振動要因となることがな
く、光学系の振動に起因するパターン転写位置ずれ等の
発生を防止できるので高精度な露光が可能になる。In the exposure apparatus according to the present invention, the first driving device constituting the stage device and the holding portion (43) holding the optical system may be configured to be independent with respect to vibration. In such a case, since the stator of the first drive device is independent of the holding portion holding the optical system with respect to vibration, the reaction force generated by the drive of the stage by the first drive device is generated by the optical system. This does not become a factor of the vibration, and the occurrence of a pattern transfer position shift or the like due to the vibration of the optical system can be prevented, so that high-precision exposure can be performed.
【0032】また、本発明の露光装置では、前記ステー
ジ装置を構成する前記第1の駆動装置による前記基板ス
テージの駆動によって発生する反力をキャンセルする反
力キャンセル機構(59)を備える構成とすることがで
きる。かかる場合には、反力キャンセル機構が、第1の
駆動装置による基板ステージの駆動によって発生する反
力をキャンセルするので、第1の駆動装置によるステー
ジの駆動に伴って生じる反力が他の部品や装置に伝達さ
れず、振動要因となることがないので、光学系等の振動
に起因するパターン転写位置ずれ等の発生を防止できる
ので高精度な露光が可能になる。Further, the exposure apparatus of the present invention is configured to include a reaction force canceling mechanism (59) for canceling a reaction force generated by driving the substrate stage by the first driving device constituting the stage device. be able to. In such a case, the reaction force canceling mechanism cancels the reaction force generated by the driving of the substrate stage by the first driving device, so that the reaction force generated by the driving of the stage by the first driving device is generated by another component. Since it is not transmitted to the device or device and does not become a vibration factor, it is possible to prevent the occurrence of a pattern transfer position shift or the like due to the vibration of the optical system or the like, so that high-precision exposure becomes possible.
【0033】[0033]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図1〜
図9に基づいて説明する。図1には、一実施形態の露光
装置100の構成が概略的に示されている。この露光装
置100は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型
露光装置、すなわちいわゆるスキャニング・ステッパで
ある。後述するように、本実施形態では、投影光学系P
Lが設けられており、以下においては、その投影光学系
PLの光軸AX方向をZ軸、これに直交する面内でレチ
クルRとウエハWとが相対走査される方向をY軸、これ
らZ軸及びY軸に直交する方向をX軸として説明を行
う。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 1 schematically shows the configuration of an exposure apparatus 100 according to one embodiment. The exposure apparatus 100 is a step-and-scan type scanning exposure apparatus, that is, a so-called scanning stepper. As described later, in the present embodiment, the projection optical system P
In the following, the direction of the optical axis AX of the projection optical system PL is the Z axis, and the direction in which the reticle R and the wafer W are relatively scanned in a plane perpendicular to the axis is the Y axis. The description will be made with the direction orthogonal to the axis and the Y axis as the X axis.
【0034】この露光装置100は、照明光学系10、
マスクとしてのレチクルRを保持するレチクルステージ
RST、光学系としての投影光学系PL、該投影光学系
PLを保持する保持部としての本体コラム43、基板
(又は物体)としてのウエハWを保持するステージとし
てのウエハステージWSTを、X,Y,Z,θX,θY,
θZ方向の6自由度方向に駆動するウエハステージ装置
30等を備える露光装置本体、及びこれらの制御系等を
備えている。The exposure apparatus 100 includes an illumination optical system 10,
A reticle stage RST for holding a reticle R as a mask, a projection optical system PL as an optical system, a main body column 43 as a holding unit for holding the projection optical system PL, and a stage for holding a wafer W as a substrate (or object) Wafer stage WST as X, Y, Z, θ X , θ Y ,
It includes theta Z direction of the exposure apparatus main body comprising a 6 wafer stage apparatus 30 for driving the degrees of freedom, and their control system, and the like.
【0035】前記露光装置本体は、実際には、内部の温
度及び湿度が高精度に調整され、高度に防塵された不図
示のエンバイロメンタル・チャンバ内に収納され、この
チャンバ内には、窒素N2が充填されている。この露光
装置の露光用光源としては、波長193nmのパルス紫
外光を発生する不図示のArFエキシマレーザ光源が用
いられている。このArFエキシマレーザ光源、主制御
装置20、及びステージ制御系19は、実際には、露光
装置100が設置される超クリーンルームに比べてクリ
ーン度の低いサービスルームに設置されている。前記エ
キシマレーザ光源は、不図示のビームマッチングユニッ
トを含む引き回し光学系を介して照明光学系10に接続
されている。The exposure apparatus main body is actually housed in an unillustrated environmental chamber whose internal temperature and humidity are adjusted with high precision and is highly dust-proof. 2 are filled. As an exposure light source of this exposure apparatus, an ArF excimer laser light source (not shown) that generates pulsed ultraviolet light having a wavelength of 193 nm is used. The ArF excimer laser light source, the main controller 20 and the stage control system 19 are actually installed in a service room with a lower degree of cleanliness than the ultra-clean room where the exposure apparatus 100 is installed. The excimer laser light source is connected to the illumination optical system 10 via a drawing optical system including a beam matching unit (not shown).
【0036】前記照明光学系10は、フライアイレンズ
等からなる照度均一化光学系、リレーレンズ、可変ND
フィルタ、レチクルブラインド、及びダイクロイックミ
ラー等(いずれも不図示)を含んで構成されている。こ
うした照明光学系の構成は、例えば、特開平10−11
2433号公報に開示されている。この照明光学系10
から射出された照明光ILは、折り曲げミラーMによっ
て反射された後、回路パターン等が描かれたレチクルR
上のレチクルブラインドで規定されたスリット状(矩形
状又は円弧状)の照明領域部分IARをほぼ均一な照度
で照明する。The illumination optical system 10 includes an illuminance uniforming optical system including a fly-eye lens, a relay lens, and a variable ND.
It is configured to include a filter, a reticle blind, a dichroic mirror and the like (all not shown). The configuration of such an illumination optical system is described in, for example,
No. 2433. This illumination optical system 10
The illumination light IL emitted from the reticle R on which a circuit pattern or the like is drawn after being reflected by the bending mirror M
The slit-shaped (rectangular or arc-shaped) illumination area portion IAR defined by the upper reticle blind is illuminated with substantially uniform illuminance.
【0037】前記レチクルステージRST上にはレチク
ルRが、例えば静電吸着により固定されている。レチク
ルステージRSTは、レチクルベース46上をローレン
ツ力又はリアクタンス力を用いた磁気浮上型のリニアモ
ータ等で構成された2次元アクチュエータから成る不図
示のレチクルステージ駆動部によって、レチクルRの位
置制御のため、照明光学系10の光軸IX(後述する投
影光学系PLの光軸AXに一致)に垂直なXY平面内で
微少駆動可能であるとともに、所定の走査方向(ここで
はY方向とする)に指定された走査速度で駆動可能とな
っている。なお、レチクルベース46は、後述する本体
コラム43を構成する架台41の天板部を構成してい
る。A reticle R is fixed on the reticle stage RST by, for example, electrostatic attraction. The reticle stage RST is for controlling the position of the reticle R by a reticle stage drive unit (not shown) composed of a two-dimensional actuator or the like constituted by a magnetic levitation type linear motor using a Lorentz force or a reactance force on the reticle base 46. , Can be finely driven in an XY plane perpendicular to an optical axis IX of the illumination optical system 10 (coincident with an optical axis AX of a projection optical system PL described later), and in a predetermined scanning direction (here, Y direction). It can be driven at a specified scanning speed. The reticle base 46 constitutes a top plate of the gantry 41 constituting a main body column 43 described later.
【0038】前述の2次元リニアアクチュエータの固定
子は、レチチクルベース46とは独立して配設された不
図示のリアクションフレームに支持されている。このた
め、レチクルステージRSTを駆動した際に、2次元リ
ニアアクチュエータの固定子に作用する反力はリアクシ
ョンフレームにより大地(床)に伝達され、レククルベ
ース46に反力が伝わることはない。The stator of the above-described two-dimensional linear actuator is supported by a reaction frame (not shown) provided independently of the reticle base 46. Therefore, when the reticle stage RST is driven, the reaction force acting on the stator of the two-dimensional linear actuator is transmitted to the ground (floor) by the reaction frame, and the reaction force is not transmitted to the recicle base 46.
【0039】レチクルステージRSTの移動面内の位置
は、レチクルベース14上に固定された位置検出装置で
あるレチクルレーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」
という)16によって例えば0.5〜1nm程度の分解
能で常時検出される。レチクル干渉計16からのレチク
ルステージRSTの位置情報(又は速度情報)はステー
ジ制御系19及びこれを介して主制御装置20に送ら
れ、ステージ制御系19及び主制御装置20ではレチク
ルステージRSTの位置情報に基づいて不図示のレチク
ル駆動部を介してレチクルステージRSTを駆動する。
なお、実際には、レチクル干渉計16は走査方向(Y軸
方向)に2軸、非走査方向(X軸方向)に1軸設けられ
ているが、図1ではこれらが代表的にレチクル干渉計1
6として示されている。The position of the reticle stage RST in the moving plane is determined by a reticle laser interferometer (hereinafter, “reticle interferometer”) which is a position detecting device fixed on the reticle base 14.
) Is always detected with a resolution of, for example, about 0.5 to 1 nm. The position information (or speed information) of the reticle stage RST from the reticle interferometer 16 is sent to the stage control system 19 and the main controller 20 via the stage control system 19, and the position of the reticle stage RST is sent to the stage control system 19 and the main controller 20. The reticle stage RST is driven via a reticle driving unit (not shown) based on the information.
In practice, the reticle interferometer 16 is provided with two axes in the scanning direction (Y-axis direction) and one axis in the non-scanning direction (X-axis direction). However, in FIG. 1
6 is shown.
【0040】前記投影光学系PLは、レチクルステージ
RSTの図1における下方に配置され、その光軸AX
(照明光学系10の光軸IXに一致)の方向がZ軸方向
とされ、ここでは両側テレセントリックな縮小光学系で
あって、光軸AX方向に沿って所定間隔で配置された複
数枚のレンズエレメントから成る屈折光学系が使用され
ている。この投影光学系PLの投影倍率は、例えば1/
5(あるいは1/4、1/6)である。このため、照明
光学系10からの照明光ILによってレチクルRの照明
領域IARが照明されると、このレチクルRを通過した
照明光ILにより、投影光学系PLを介してその照明領
域IAR内のレチクルRの回路パターンの縮小像(部分
倒立像)が表面にフォトレジストが塗布されたウエハW
上の照明領域IARに共役な露光領域IAに形成され
る。The projection optical system PL is arranged below the reticle stage RST in FIG. 1, and its optical axis AX
The direction of (corresponding to the optical axis IX of the illumination optical system 10) is defined as the Z-axis direction. Here, a double-sided telecentric reduction optical system, and a plurality of lenses arranged at predetermined intervals along the optical axis AX direction Refractive optics consisting of elements are used. The projection magnification of the projection optical system PL is, for example, 1 /
5 (or 1/4, 1/6). Therefore, when the illumination area IAR of the reticle R is illuminated by the illumination light IL from the illumination optical system 10, the reticle in the illumination area IAR is transmitted by the illumination light IL passing through the reticle R via the projection optical system PL. A reduced image (partial inverted image) of the circuit pattern of R is coated on the surface of the wafer W with a photoresist.
An exposure area IA conjugate to the upper illumination area IAR is formed.
【0041】前記本体コラム43は、後述する脚部45
及び平板状磁性体部材85から成る台の上に設けられた
防振台44によって水平に支持された鏡筒定盤42と、
この鏡筒定盤42の上面に固定された架台41とから構
成されている。鏡筒定盤42には、その中央部に平面視
で円形の開口が形成され、この開口内に投影光学系PL
が上方から挿入されている。投影光学系PLの高さ方向
の中央部分には、フランジ部FLGが設けられ、このフ
ランジ部FLGを介して投影光学系PLが鏡筒定盤42
によって下方から支持されている。The main body column 43 includes a leg 45 described later.
A lens barrel base 42 horizontally supported by a vibration isolating table 44 provided on a table including a flat magnetic member 85;
And a gantry 41 fixed to the upper surface of the lens barrel base 42. The lens barrel base 42 has a circular opening formed in a central portion thereof in plan view, and the projection optical system PL is formed in the opening.
Are inserted from above. A flange portion FLG is provided at a central portion of the projection optical system PL in the height direction, and the projection optical system PL is connected to the lens barrel base 42 via the flange portion FLG.
Is supported from below.
【0042】前記架台41は、鏡筒定盤42の上面に投
影光学系PLを取り囲むように鉛直方向に沿って配設さ
れた4本の脚部と、これら4本の脚部上端部相互間を連
結する天板部、すなわちレチクルベース46とを備えて
いる。The gantry 41 has four legs arranged vertically on the upper surface of the lens barrel base 42 so as to surround the projection optical system PL, and a space between the upper ends of these four legs. , A reticle base 46.
【0043】本実施形態では、本体コラム43に伝わる
床面FD側からの微振動は、前記4つの防振台44によ
ってマイクロGレベルで絶縁されるようになっている。In the present embodiment, the micro vibrations transmitted from the floor FD to the main body column 43 are insulated at the micro G level by the four vibration isolation tables 44.
【0044】前記ステージ装置30は、ウエハWを載置
するウエハステージWSTと、ウエハステージWSTを
X,Y,θZの3自由度方向に駆動する第1の駆動装置
としての駆動装置31と、ウエハステージWSTをZ,
θX,θYの3自由度方向に駆動する第2の駆動装置とし
ての駆動装置32とを備えている。なお、駆動装置31
及び駆動装置32については後述する。[0044] The stage device 30 includes a wafer stage WST for mounting the the wafer W, the wafer stage WST X, Y, the drive device 31 as a first driving device for driving the directions of three degrees of freedom theta Z, When the wafer stage WST is Z,
A drive device 32 is provided as a second drive device that is driven in three degrees of freedom directions of θ X and θ Y. The driving device 31
The drive device 32 will be described later.
【0045】また、ウエハステージWSTの側面は、位
置検出装置としてのウエハレーザ干渉計(以下、「ウエ
ハ干渉計」という)35からのレーザビームを反射する
ように鏡面加工されており、脚部45に固定されたウエ
ハ干渉計35により、ウエハWのXY面内での位置が例
えば0.5〜1nm程度の分解能で常時検出されてい
る。ここで、ウエハWの位置情報(又は速度情報)はス
テージ制御系19及びこれを介して主制御装置20に送
られ、ステージ制御系19では主制御装置20からの指
示に応じて前記位置情報(又は速度情報)に基づいて、
駆動装置31を制御している。なお、実際には、ウエハ
干渉計35は走査方向に1軸、非走査方向には2軸設け
られているが、図1ではこれらが代表的にウエハ干渉計
35として示されている。The side surface of wafer stage WST is mirror-finished so as to reflect a laser beam from a wafer laser interferometer (hereinafter, referred to as “wafer interferometer”) 35 as a position detecting device. The position of the wafer W in the XY plane is always detected by the fixed wafer interferometer 35 with a resolution of, for example, about 0.5 to 1 nm. Here, the position information (or speed information) of the wafer W is sent to the stage control system 19 and the main controller 20 via the stage control system 19, and the stage control system 19 sends the position information (or speed information) in response to an instruction from the main controller 20. Or speed information)
The driving device 31 is controlled. In practice, the wafer interferometer 35 is provided with one axis in the scanning direction and two axes in the non-scanning direction, but these are typically shown as the wafer interferometer 35 in FIG.
【0046】また、露光装置100では、投影光学系P
Lの最良結像面に向けて複数のスリット像を形成するた
めの結像光束を光軸AX方向に対して斜め方向より供給
する不図示の照射光学系と、その結像光束のウエハWの
表面での各反射光束をそれぞれスリットを介して受光す
る不図示の受光光学系とから成る斜入射方式の多点焦点
位置検出系がフォーカス・レベリングセンサとして設け
られている。この多点焦点位置検出系としては、例えば
特開平5ー190423号公報に開示されるものと同様
の構成のものが用いられ、ウエハ表面の複数点の結像面
に対するZ方向の位置偏差を検出し、ウエハWと投影光
学系PLとが所定の間隔を保つようにウエハステージW
STをZ方向及び傾斜方向に駆動するために用いられ
る。多点焦点位置検出系からのウエハ位置情報は、主制
御装置20に送られ、主制御装置20ではこのウエハ位
置情報に基づいてウエハW表面のZ位置及び傾斜量(Δ
θX、ΔθY)を求め、これに基づきステージ制御系19
及び駆動装置32を介してウエハステージWSTを所望
の位置・姿勢となるようにZ方向及び傾斜方向に駆動す
る。In the exposure apparatus 100, the projection optical system P
An irradiation optical system (not shown) for supplying an image forming light beam for forming a plurality of slit images toward the best image forming plane L from an oblique direction with respect to the optical axis AX direction, and a wafer W of the image forming light beam An oblique incidence type multi-point focal position detection system including a not-shown light receiving optical system that receives each reflected light beam on the surface through a slit is provided as a focus / leveling sensor. As this multi-point focal position detection system, for example, one having the same configuration as that disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-190423 is used to detect a positional deviation of a plurality of points on the wafer surface in the Z direction with respect to the imaging plane. The wafer stage W is moved so that the wafer W and the projection optical system PL are kept at a predetermined distance.
It is used to drive ST in the Z and tilt directions. The wafer position information from the multi-point focal position detection system is sent to main controller 20. Main controller 20 determines the Z position and tilt amount (Δ
θ X , Δθ Y ), and the stage control system 19
Then, the wafer stage WST is driven in the Z direction and the tilt direction via the driving device 32 so as to be in a desired position and posture.
【0047】さらに、露光装置100には、ウエハ上の
位置合わせ用マーク(アライメントマーク)を検出する
ための不図示のアライメント検出系を備えている。該ア
ライメント検出系による検出結果は、主制御装置20に
送られ、主制御装置20ではこのマーク情報に基づい
て、例えばEGA(エンハンスト・グローバル・アライ
メント)の手法を使用してウエハの位置制御を行う。Further, the exposure apparatus 100 includes an alignment detection system (not shown) for detecting alignment marks (alignment marks) on the wafer. The detection result by the alignment detection system is sent to main controller 20. Main controller 20 controls the position of the wafer based on the mark information by using, for example, an EGA (Enhanced Global Alignment) technique. .
【0048】前記駆動装置31は、ウエハステージWS
Tの下方に設けられたベース47に組み込まれた固定子
50と、ウエハステージWSTの下面に設けられた可動
子60とを備えている。The driving device 31 includes a wafer stage WS
It includes a stator 50 incorporated in a base 47 provided below T, and a mover 60 provided on the lower surface of wafer stage WST.
【0049】前記固定子50が組み込まれたベース47
の概略縦断面図が、図2(A)に示されている。ベース
47は、平面視ほぼ正方形状で、上面及び下面が開口
し、その内周部の側壁に2段の段部が形成された非磁性
体材料から成る枠部材48と、この枠部材48の下方の
段部に上方から嵌合し、高さ方向の中央部に架設された
磁性体材料から成る平板状の磁石支持部材53と、枠部
材48の上方の段部に上方から嵌合し上部開口を閉塞す
る状態で取り付けられたセラミック等の非磁性体材料か
ら成る平板状部材49とを備えている。該平板状部材4
9は、磁石支持部材53上に配置された後述する永久磁
石52N,52Sを保護するために設けられたものであ
り、省略することも可能である。The base 47 with the stator 50 incorporated therein
Is shown in FIG. 2 (A). The base 47 has a substantially square shape in a plan view, an upper surface and a lower surface are opened, and a frame member 48 made of a non-magnetic material having two steps formed on a side wall of an inner peripheral portion thereof. A flat plate-shaped magnet support member 53 made of a magnetic material is fitted to the lower step from above, and is fitted to the upper step of the frame member 48 from above. And a flat member 49 made of a non-magnetic material such as ceramic attached with the opening closed. The flat member 4
Reference numeral 9 is provided to protect permanent magnets 52N and 52S, which will be described later, disposed on the magnet support member 53, and may be omitted.
【0050】前記磁石支持部材53の上面には、図2
(B)に示されるように、1辺の長さがLの正方形形状
の磁極面を有する永久磁石52N,52Sがマトリクス
状に、磁石間隔Lで交互に配列されている。ここで、永
久磁石52Nは、ステージ対向面である磁極面がN極の
永久磁石であり、また、永久磁石52Sは、ステージ対
向面である磁極面がS極の永久磁石である。また、図2
(B)ではマトリクス状配列の4角の永久磁石が全て永
久磁石52Nとされているが、これは一例であり、1つ
の角に配列される永久磁石は永久磁石52Nであっても
よいし、永久磁石52Sであってもよく、また、他の3
角の永久磁石の種類は、1つの角に配列される永久磁石
の種類と永久磁石の配列領域の大きさに応じて決まるも
のである。なお、マトリクス状に配列された永久磁石5
2N,52Sとコイル支持部材53とから駆動装置31
の磁極ユニットが構成され、該磁極ユニットが駆動装置
31の固定子50となる。そこで、以下の説明において
は、固定子50を「磁極ユニット50」ともいうことに
する。On the upper surface of the magnet support member 53, FIG.
As shown in (B), permanent magnets 52N and 52S having square-shaped magnetic pole surfaces each having a length of one side L are arranged alternately at a magnet interval L in a matrix. Here, the permanent magnet 52N is a permanent magnet having a magnetic pole surface which is a stage facing surface having an N pole, and the permanent magnet 52S is a permanent magnet having a magnetic pole surface which is a stage facing surface having an S pole. FIG.
In (B), the four permanent magnets arranged in a matrix are all permanent magnets 52N, but this is merely an example, and the permanent magnets arranged at one corner may be permanent magnets 52N. The permanent magnet 52S may be used, and the other 3
The type of corner permanent magnet is determined according to the type of permanent magnet arranged in one corner and the size of the permanent magnet arrangement area. The permanent magnets 5 arranged in a matrix
2N, 52S and the coil support member 53,
And the magnetic pole unit becomes the stator 50 of the driving device 31. Therefore, in the following description, the stator 50 is also referred to as a “magnetic pole unit 50”.
【0051】前記可動子60は、図3に示されるよう
に、ウエハステージWSTを構成するテーブル88の下
面に固定された磁性体部材68と、磁性体部材68の下
面に固定された、非磁性体材料から成る16個のコイル
支持部材65(図4(A)参照)と、各コイル支持部材
65によって、磁性体部材68から下方に離間した状態
でそれぞれ支持された16個の電機子コイル63とを備
えている。As shown in FIG. 3, the mover 60 includes a magnetic member 68 fixed to the lower surface of a table 88 constituting the wafer stage WST, and a non-magnetic member fixed to the lower surface of the magnetic member 68. Sixteen coil support members 65 made of a body material (see FIG. 4A), and sixteen armature coils 63 supported by the respective coil support members 65 in a state of being separated from the magnetic member 68 downward. And
【0052】前記電機子コイル63は、図4に示される
ように、4行4列のマトリクス状に配置されている。各
電機子コイル63は、XY断面が中央部に一辺の長さが
Lの中空部を有する、一辺の長さが3Lの正方形状とな
っている。そして、その中空部に挿入されたコイル支持
部材65と接着剤等によって固定されている。The armature coils 63 are arranged in a matrix of 4 rows and 4 columns, as shown in FIG. Each armature coil 63 has a square shape with a length of 3 L on one side, and a hollow portion with a length of L on one side at the center in the XY cross section. And it is fixed to the coil supporting member 65 inserted in the hollow portion by an adhesive or the like.
【0053】各電機子コイル63に供給された電流は、
各コイルのZ軸と平行な中心軸の周りをほぼ一様な電流
密度(体積密度)で流れる。なお、電機子コイル63に
流れる電流の電流値及び電流方向は、主制御装置20に
よって、ステージ制御系19を介して制御される。な
お、上記の16個の電機子コイル63によって、駆動装
置31における電機子ユニット61が構成されている。The current supplied to each armature coil 63 is
It flows with a substantially uniform current density (volume density) around a central axis parallel to the Z axis of each coil. The current value and the current direction of the current flowing through the armature coil 63 are controlled by the main controller 20 via the stage control system 19. Note that the armature unit 61 in the drive device 31 is constituted by the above-mentioned 16 armature coils 63.
【0054】また、ウエハステージWSTの下側におい
て、磁性体部材68とともに電機子ユニット61を収納
する閉空間を形成する容器部材67が磁性体部材に固定
されている。さらに、容器部材67には、冷媒の流入口
69aと冷媒の流出口69bとが設けられており、不図
示の冷却機から冷媒(例えば、フッ素系不活性液体)が
流入口69aを介して内部空間に送り込まれ、該内部空
間を通過するときに、コイル63との間で熱交換を行う
ことにより、電流の供給により電機子コイル63で発生
した熱を除熱するようになっている。なお、上述のよう
に、各電機子コイル63は、コイル支持部材65によっ
て磁性体部材68から下方に離間した状態で支持されて
いるので、各電機子コイル63と磁性体部材68との間
の空間でも冷媒が流れる。したがって、電機子コイル6
3で発生した熱を効率良く除熱することができる。Further, below the wafer stage WST, a container member 67 forming a closed space for accommodating the armature unit 61 together with the magnetic member 68 is fixed to the magnetic member. Further, the container member 67 is provided with a refrigerant inlet 69a and a refrigerant outlet 69b. A refrigerant (for example, a fluorine-based inert liquid) is supplied from a cooler (not shown) through the inlet 69a. When it is sent into the space and passes through the internal space, it exchanges heat with the coil 63 to remove heat generated in the armature coil 63 due to current supply. As described above, since each armature coil 63 is supported by the coil supporting member 65 in a state of being separated downward from the magnetic member 68, the distance between each armature coil 63 and the magnetic member 68 is Refrigerant also flows in space. Therefore, the armature coil 6
The heat generated in 3 can be efficiently removed.
【0055】図1に戻り、前記駆動装置32は、ウエハ
ステージWSTの上方に設けられ、投影光学系PLから
ウエハWへ向かう露光光の通路となる開口が中央部に形
成された平板状磁性体85と、図5に示されるように、
ウエハステージWSTの上面の4角に設けられた磁石体
801,802,803,804(図5参照(なお、図1で
は、磁石体802,803のみを図示している))とを備
えている。ここで、平板状磁性体85は、大地(床)に
立設された4本の脚部45に保持されている。なお、上
述の4つの防振台44は、平板状磁性体85上面に配設
されている。Returning to FIG. 1, the driving device 32 is provided above the wafer stage WST, and has a plate-like magnetic body having an opening formed in the center thereof as a passage for exposure light from the projection optical system PL to the wafer W. 85 and as shown in FIG.
Wafer stage magnet body 80 1 provided on the four corners of the upper surface of the WST, 80 2, 80 3, 80 4 (see FIG. 5 (In FIG. 1 shows only the magnet member 80 2, 80 3) ). Here, the flat magnetic body 85 is held by four legs 45 erected on the ground (floor). In addition, the above-described four vibration isolation tables 44 are disposed on the upper surface of the flat magnetic body 85.
【0056】前記磁石体801,802,803,804そ
れぞれは、図5及び図3によって総合的に示されるよう
に、X軸方向に磁化され、ウエハステージ上に固定され
た直方体形状の永久磁石81と、永久磁石81のX軸方
向両端に固定された電磁石82a及び82bとを備えて
いる。ここで、前記電磁石82aと前記82bとは同様
に構成されており、それぞれが対応する永久磁石81の
磁極面に固定され、永久磁石81の上面高さよりも上方
に突出した直方体状の磁性体芯部材83と、永久磁石8
1の上面高さよりも上方に突出した磁性体芯部材83の
部分の周囲に巻かれたコイル84とを備えている。[0056] The magnet body 80 1, 80 2, 80 3, 80 4, respectively, as comprehensively shown by FIGS. 5 and 3 are magnetized in the X-axis direction, a rectangular parallelepiped shape fixed to the wafer stage And permanent magnets 81, and electromagnets 82a and 82b fixed to both ends of the permanent magnet 81 in the X-axis direction. Here, the electromagnets 82 a and 82 b have the same configuration, are each fixed to the magnetic pole surface of the corresponding permanent magnet 81, and have a rectangular parallelepiped magnetic core protruding above the upper surface height of the permanent magnet 81. The member 83 and the permanent magnet 8
1 and a coil 84 wound around a portion of the magnetic core member 83 protruding above the upper surface height.
【0057】すなわち、磁石体801,802,803,
804は、それぞれ電流が供給されない場合にも起磁力
を有するオフセット型電磁石として構成されている。な
お、永久磁石81の起磁力は、ウエハステージWSTが
水平であり、かつ、ステージが磁石体801,802,8
03,804の各磁極面と平板状磁性体部材85との間の
距離が所定値の場合に、ウエハステージWST及び該ウ
エハステージWSTと一体的に移動する可動子60、磁
石体801,802,803,804等の可動部に作用する
重力と、磁極ユニット50と磁性体部材53との間に作
用する磁気力(磁気吸引力)との合力(鉛直下方を向い
た力)と釣り合う鉛直上方を向いた力が、電磁石82
a,82bへの電流供給無しで発生するように設定され
ている。なお、以下の説明では、上記の磁石体801,
802,803,804の各磁極面と平板状磁性体85と
の距離が所定値である状態を、適宜「定常状態」と呼ぶ
ものとする。[0057] That is, the magnet body 80 1, 80 2, 80 3,
80 4 is configured as an offset type electromagnet having a magnetomotive force even when the respective currents are not supplied. The magnetomotive force of the permanent magnet 81 is such that the wafer stage WST is horizontal and the stages are magnet bodies 80 1 , 80 2 , 8
0 3, when the distance between the 80 respective pole faces of the 4 and the plate-shaped magnetic member 85 is a predetermined value, the wafer stage WST and the wafer stage WST and a mover 60 that moves integrally with the magnet body 80 1 , 80 2, 80 3, and gravity acting on the movable portion 80 4 and the like, a force oriented in the force (vertically downward with the magnetic force acting (magnetic attraction force) between the magnetic pole unit 50 and the magnetic member 53 ), The force pointing vertically upwards is
a, 82b are set to occur without current supply. In the following description, the above-described magnet bodies 80 1 ,
80 2, 80 3, 80 4 of the state metric of a predetermined value between each pole face and the plate-like magnetic material 85, it is assumed that appropriate called "steady state".
【0058】また、各永久磁石81の上部には、平板状
磁性体部材85との間のギャップ間隔を検出するギャッ
プセンサ861〜864がそれぞれ固定されている。該ギ
ャップセンサによって検出されたギャップ間隔情報は主
制御装置20に送られ、主制御装置20ではこのギャッ
プ間隔情報に基づいて、ステージ制御系19を介して駆
動装置32を制御し、ウエハステージWSTに関する
Z,θX,θYの3自由度方向の駆動制御を行う。[0058] Also, the top of each permanent magnet 81, the gap sensor 86 1-86 4 for detecting the gap spacing between the flat-shaped magnetic member 85 is fixed, respectively. The gap interval information detected by the gap sensor is sent to main controller 20. Main controller 20 controls drive device 32 via stage control system 19 based on this gap interval information, and controls wafer stage WST. Drive control is performed in three degrees of freedom, Z, θ X , and θ Y.
【0059】前記ウエハステージWSTでは、図5及び
図3に示されるように、テーブル88上に高透磁率を有
する磁気シールド材料から成るウエハ支持部材89が固
定されている。このウエハ支持部材89は、平面視で、
中央部にウエハWよりも大きな円形領域を有するととも
に、該円形領域からその外部に向かって十字状に伸びる
4つの脚部を有している。そして、ウエハ支持部材89
は、4つの脚部の端部においてテーブル88の辺部の中
央部に固定されている。これにより、テーブル88とウ
エハ支持部材89との接触面積は、必要最小限に抑えら
れており、上述の電機子ユニット61や電磁石82a,
82bによって発生した熱がテーブル88を介してウエ
ハ支持部材89へ伝導することを抑制している。したが
って、上述の電機子ユニット61や電磁石82a,82
bによって発生した熱が、ウエハ支持部材89の上面の
円形領域において真空チャックや静電チャック等の不図
示のウエハ支持機構によって吸着支持されたウエハWへ
伝導するのを抑制している。In the wafer stage WST, as shown in FIGS. 5 and 3, a wafer support member 89 made of a magnetic shield material having a high magnetic permeability is fixed on a table 88. The wafer support member 89 is, as viewed in plan,
A central portion has a circular region larger than the wafer W, and has four legs extending in a cross shape from the circular region toward the outside. Then, the wafer support member 89
Are fixed to the center of the side of the table 88 at the ends of the four legs. Thereby, the contact area between the table 88 and the wafer support member 89 is minimized, and the armature unit 61 and the electromagnets 82a,
Conduction of heat generated by 82 b to wafer support member 89 via table 88 is suppressed. Therefore, the above-described armature unit 61 and the electromagnets 82a, 82
The heat generated by b is suppressed from being conducted to the wafer W suction-supported by a wafer support mechanism (not shown) such as a vacuum chuck or an electrostatic chuck in a circular region on the upper surface of the wafer support member 89.
【0060】次に、上述したウエハステージ装置30に
よるウエハステージWSTの6自由度方向の駆動原理、
及びウエハステージWSTの6自由度方向の位置・姿勢
制御について説明する。Next, the principle of driving the wafer stage WST in the directions of six degrees of freedom by the wafer stage device 30 described above,
And position / posture control of wafer stage WST in directions of six degrees of freedom will be described.
【0061】まず、駆動装置31によるX,Y,θZの
3自由度方向の駆動原理及び位置・姿勢制御について説
明する。前提として、ウエハステージWSTは、安定し
た浮上支持状態にあるものとする。[0061] First, X by the driving device 31, Y, θ 3 degrees of freedom of the driving principle and position and attitude control of the Z will be described. It is assumed that wafer stage WST is in a stable floating support state.
【0062】磁極ユニット50では、図6(A)におい
て実線矢印で示されるように、永久磁石52Nが+Z方
向(紙面上向き)の磁束を発生し、永久磁石52Sが−
Z方向(紙面下向き)の磁束を発生する。そして、磁性
体部材53及び磁性体部材68と共に磁気回路を形成し
ている。In the magnetic pole unit 50, as shown by the solid arrow in FIG. 6A, the permanent magnet 52N generates a magnetic flux in the + Z direction (upward on the paper), and the permanent magnet 52S
A magnetic flux is generated in the Z direction (downward on the paper). The magnetic circuit is formed together with the magnetic member 53 and the magnetic member 68.
【0063】図6(A)に示された磁気回路が形成され
ているとき、磁性体部材68付近、すなわち電機子コイ
ル63が配置されるZ位置の磁束密度Bは、図6(B)
に示されるような分布となる。すなわち、永久磁石52
N,52Sの中心点に応じた位置で磁束密度Bの絶対値
が最大となり、この点から磁極面の周辺部に応じた位置
へ行くほど磁束密度Bの絶対値は小さくなっており、正
弦関数によって良い近似が行われる形状となっている。
なお、図6(B)では、磁束の方向が+Z方向の場合に
磁束密度Bの値を正とし、磁力線の方向が−Z方向の場
合に磁束密度Bの値を負としている。また、図6(B)
ではX方向に関する磁束密度Bの分布が示されている
が、Y方向に関する磁束密度Bの分布も図6(B)の分
布と同様となる。When the magnetic circuit shown in FIG. 6A is formed, the magnetic flux density B in the vicinity of the magnetic member 68, that is, at the Z position where the armature coil 63 is disposed, is as shown in FIG.
The distribution is as shown in FIG. That is, the permanent magnet 52
The absolute value of the magnetic flux density B becomes maximum at a position corresponding to the center point of N, 52S, and the absolute value of the magnetic flux density B becomes smaller from this point toward a position corresponding to the peripheral portion of the magnetic pole surface. The shape is such that good approximation is performed.
In FIG. 6B, when the direction of the magnetic flux is in the + Z direction, the value of the magnetic flux density B is positive, and when the direction of the line of magnetic force is in the −Z direction, the value of the magnetic flux density B is negative. FIG. 6 (B)
FIG. 6 shows the distribution of the magnetic flux density B in the X direction, but the distribution of the magnetic flux density B in the Y direction is the same as the distribution in FIG.
【0064】なお、本実施形態においては、磁性体部材
68の材料として、高電気抵抗、高飽和磁束密度、低磁
気ヒステリシス、低保磁力のステンレス等を採用してい
るので、渦電流やヒステリシス損が小さく、磁気抵抗を
小さく維持することが可能であり、電機子ユニット61
が移動しても磁束密度の高い磁束を継続的に発生するこ
とができる。In this embodiment, stainless steel having high electric resistance, high saturation magnetic flux density, low magnetic hysteresis and low coercive force is used as the material of the magnetic member 68, so that eddy current and hysteresis loss are reduced. And the magnetic resistance can be kept low.
, The magnetic flux having a high magnetic flux density can be continuously generated.
【0065】上記の図6(B)に示された分布の磁束密
度Bの環境中において電機子コイル63に電流が供給さ
れると、電機子コイル63にローレンツ電磁力が発生す
る。このローレンツ電磁力が、ウエハステージWSTひ
いてはウエハWを移動させる。ところで、電機子コイル
63に発生するローレンツ電磁力の大きさ及び方向は、
電機子コイル63に供給される電流の大きさ及び方向並
びに磁極ユニット50と電機子ユニット61との位置関
係によって異なるが、本実施形態においては、X方向に
ウエハステージWSTを移動させる場合には、電機子ユ
ニット61のX位置に応じてX方向で隣り合う2つの電
機子コイル63の対を選択し、各対の電機子コイル63
について、磁極ユニット50と電機子ユニットとの位置
関係に応じ、互いに位相が90°だけ異なる同一振幅の
正弦波電流を供給することにより、ローレンツ電磁力の
合力のX成分を電機子ユニット61のX位置によらず一
定に制御している。なお、電機子ユニット61をX方向
へ駆動させようとして電流を流すと、一般には電機子ユ
ニット61をY方向へ駆動する力及びZ軸回りの回転力
が発生してしまう。そこで、電機子ユニット61をY方
向に駆動する力及び回転力が全体として0となるよう
に、各電機子コイル63に流す電流を調整している。ま
た、各電機子コイルに供給される正弦波電流の振幅及び
方向を制御することによって、電機子ユニット61を駆
動する力の大きさ及び方向が制御されている。When an electric current is supplied to the armature coil 63 in the environment of the magnetic flux density B having the distribution shown in FIG. 6B, a Lorentz electromagnetic force is generated in the armature coil 63. This Lorentz electromagnetic force moves the wafer stage WST and thus the wafer W. By the way, the magnitude and direction of the Lorentz electromagnetic force generated in the armature coil 63 are:
Depending on the magnitude and direction of the current supplied to the armature coil 63 and the positional relationship between the magnetic pole unit 50 and the armature unit 61, in the present embodiment, when moving the wafer stage WST in the X direction, According to the X position of the armature unit 61, a pair of two armature coils 63 adjacent in the X direction is selected, and each pair of the armature coils 63 is selected.
By supplying sinusoidal currents having the same amplitude and having phases different from each other by 90 ° according to the positional relationship between the magnetic pole unit 50 and the armature unit, the X component of the resultant force of the Lorentz electromagnetic force is converted to the X of the armature unit 61. Control is constant regardless of position. In addition, when a current is applied to drive the armature unit 61 in the X direction, generally, a force for driving the armature unit 61 in the Y direction and a rotational force around the Z axis are generated. Therefore, the current flowing through each armature coil 63 is adjusted so that the force for driving the armature unit 61 in the Y direction and the rotational force become zero as a whole. In addition, by controlling the amplitude and the direction of the sine wave current supplied to each armature coil, the magnitude and direction of the force for driving the armature unit 61 are controlled.
【0066】また、磁極ユニット50がY方向に移動す
る場合におけるY方向への磁極ユニット50の駆動につ
いてもX方向の場合と同様にして、磁極ユニット50の
Y位置によらず一定の駆動力による駆動を行っている。When the magnetic pole unit 50 moves in the Y direction, the magnetic pole unit 50 is driven in the Y direction in the same manner as in the X direction by a constant driving force regardless of the Y position of the magnetic pole unit 50. Driving.
【0067】また、上記の磁極ユニット50をX方向に
駆動する場合の電流パターンとY方向に駆動する電流パ
ターンとが適当な比率で重ね合わされたパターンの電流
を各電機子コイル63に供給することにより、XY平面
に沿った任意の方向に任意の駆動力で磁極ユニット50
を駆動している。A current is supplied to each armature coil 63 in a pattern in which the current pattern for driving the magnetic pole unit 50 in the X direction and the current pattern for driving in the Y direction are superposed at an appropriate ratio. As a result, the magnetic pole unit 50 can be driven in any direction along the XY plane with any driving force.
Is driving.
【0068】更に、回転力の相殺を行わずに、磁極ユニ
ット50を駆動することにより、所望の回転方向及び所
望の回転力で磁極ユニット50を回転駆動を行ってい
る。Further, by driving the magnetic pole unit 50 without canceling out the rotational force, the magnetic pole unit 50 is rotationally driven in a desired rotational direction and a desired rotational force.
【0069】以上のように、本実施形態の露光装置で
は、基板テーブル18のXY位置及び姿勢(Z軸回りの
回転)θZに応じて電機子コイル63に供給する電流を
制御することによって、ウエハステージWSTひいては
ウエハWの位置制御を行っている。As described above, in the exposure apparatus of this embodiment, the current supplied to the armature coil 63 is controlled according to the XY position and the attitude (rotation about the Z axis) θ Z of the substrate table 18, The position of the wafer stage WST and thus the position of the wafer W are controlled.
【0070】本実施形態のウエハステージ装置30で
は、前述の如く、ウエハWがウエハ支持部材89を介し
て保持するウエハステージWSTに可動子60が取り付
けられている。したがって、主制御装置20が、ウエハ
干渉計35の計測値(位置情報又は速度情報)をモニタ
して得られる各時点の可動子60と固定子50とのXY
面内での相対位置関係に基づいて、ステージ制御系19
を介して上記のようにして可動子60を駆動制御するこ
とにより、これと一体的にウエハステージWST及びウ
エハWをXY面内で自在に移動させることができる。In the wafer stage device 30 of the present embodiment, as described above, the mover 60 is attached to the wafer stage WST which holds the wafer W via the wafer support member 89. Therefore, main controller 20 monitors the measurement value (position information or velocity information) of wafer interferometer 35 and obtains XY of mover 60 and stator 50 at each time point obtained.
The stage control system 19 based on the relative positional relationship in the plane
By controlling the driving of the mover 60 as described above through the above, the wafer stage WST and the wafer W can be freely moved in the XY plane integrally therewith.
【0071】次に、駆動装置32によるウエハステージ
WSTのZ,θX,θYの3自由度方向の駆動原理につい
て説明する。Next, the principle of driving the wafer stage WST in the directions of three degrees of freedom of Z, θ X and θ Y by the driving device 32 will be described.
【0072】磁石体801,802,803,804それぞ
れは、図7において磁石体801について代表的に示さ
れるように、磁石体としてのN極面82N(図7では、
電磁石82aの平板磁性体部材85に対向する磁極面)
から+Z方向(紙面上向き)の磁束を発生し、また、磁
石体としてのS極面82S(図7では、電磁石82bの
平板磁性体部材85に対向する磁極面)へ向かう−Z方
向(紙面下向き)の磁束を発生する。このとき、N極面
82Nから+Z方向に進行した磁束は、平板状磁性体部
材85に到達した後、平板状磁性体85内を+X方向に
進行し、S極面82Sとの対向位置に達すると、S極面
82Sへ向けて−Z方向に進行する。こうして、S極面
に到達した磁束は、電磁石82bの磁性体部材83中を
進行し、永久磁石81のS極面を介して、永久磁石81
内を−X方向に進行する。そして、永久磁石81のN極
面を介した後に電磁石82aの磁性体部材83内を進行
してN極面82Nに到達する。こうして、電磁石82
a、平板状磁性体部材85、電磁石82b、及び永久磁
石81を順次巡る磁気回路が形成される。なお、磁石体
802,803,804それぞれと平板状磁性体85とに
ついても磁性体801と平板状磁性体85とについての
場合と同様に磁気回路が形成される。[0072] magnet 80 1, 80 2, 80 3, 80 4 are respectively, as representatively shown magnet body 80 1 in FIG. 7, the N pole surface 82N (FIG. 7 as a magnet body,
The magnetic pole surface of the electromagnet 82a facing the flat magnetic member 85)
Generates a magnetic flux in the + Z direction (upward on the paper surface), and in the −Z direction (downward on the paper surface) toward the S pole surface 82S (in FIG. 7, the magnetic pole surface facing the flat magnetic member 85 of the electromagnet 82b) as a magnet body. ) Is generated. At this time, the magnetic flux that has proceeded in the + Z direction from the N pole surface 82N reaches the plate-shaped magnetic member 85, then proceeds in the + X direction inside the plate-shaped magnetic member 85, and reaches the position facing the S pole surface 82S. Then, the light travels in the -Z direction toward the S pole surface 82S. In this way, the magnetic flux reaching the S pole surface travels through the magnetic member 83 of the electromagnet 82b, and passes through the S pole surface of the permanent magnet 81 to the permanent magnet 81.
In the -X direction. Then, after passing through the N-pole surface of the permanent magnet 81, it travels inside the magnetic member 83 of the electromagnet 82a and reaches the N-pole surface 82N. Thus, the electromagnet 82
a, a magnetic circuit sequentially passing through the plate-shaped magnetic member 85, the electromagnet 82b, and the permanent magnet 81 is formed. Note that the magnet body 80 2, 80 3, 80 4 as in the case the magnetic circuit for respectively a flat magnetic body 85 and magnetic body 80 1 and the plate-like magnetic material 85 also is formed.
【0073】こうした磁気回路が形成されると、磁石体
801,802,803,804それぞれと平板状磁性体8
5との間には、磁気的吸引力が作用する。それぞれの磁
気的吸引力は、磁石体801,802,803,804それ
ぞれの起磁力と、磁石体80 1,802,803,804そ
れぞれのN極面及びS極面と平板磁性体体85との間の
ギャップ間隔に依存している。When such a magnetic circuit is formed, the magnet body
801, 80Two, 80Three, 80FourEach and flat magnetic body 8
5, a magnetic attractive force acts. Each magnet
The attraction force is the magnet 801, 80Two, 80Three, 80FourIt
Each magnetomotive force and the magnet body 80 1, 80Two, 80Three, 80FourSo
Between the respective N-pole and S-pole surfaces and the planar magnetic body 85
It depends on the gap interval.
【0074】ところで、磁石体801の起磁力は、磁石
体801を構成する永久磁石81の起磁力と、磁石体8
01を構成する電磁石82a及び電磁石82bの起磁力
の和であるが、電磁石82a,82bの起磁力は、電磁
石82a,82bに供給される電流の方向と大きさによ
って変化する。ここで、電磁石82a、82bに供給さ
れる電流の向きが、永久磁石81が発生する磁束の方向
と同方向の磁束を発生されるものであれば、磁石体80
1の起磁力は増加する。一方、電磁石82a、82bに
供給される電流の向きが、永久磁石81が発生する磁束
の方向と逆方向の磁束を発生されるものであれば、磁石
体801の起磁力は減少する。かかる起磁力の増加量或
いは減少量は、電磁石82a、82bに供給される電流
によって変化させることができる。すなわち、電磁石8
2a,82bに供給される電流の方向及び大きさを制御
することにより、磁石体801と平板状磁性体85との
間に作用する磁気的吸引力を制御することができる。[0074] Incidentally, the magnetomotive force of the magnet 80 1, the magnetomotive force of the permanent magnet 81 constituting the magnet body 80 1, the magnet body 8
0 1 is a sum of the magnetomotive force of the electromagnet 82a and the electromagnet 82b constituting the magnetomotive force of the electromagnet 82a, 82b varies depending on the direction and magnitude of the current supplied electromagnets 82a, to 82b. Here, if the direction of the current supplied to the electromagnets 82a and 82b is such that a magnetic flux in the same direction as the direction of the magnetic flux generated by the permanent magnet 81 is generated, the magnet body 80
The magnetomotive force of 1 increases. On the other hand, the direction of the current supplied to the electromagnets 82a, 82b is, as long as the permanent magnet 81 is generated the direction and the magnetic flux in the opposite direction of the magnetic flux generated magnetomotive force of the magnet 80 1 is reduced. The amount of increase or decrease in the magnetomotive force can be changed by the current supplied to the electromagnets 82a and 82b. That is, the electromagnet 8
2a, by controlling the direction and magnitude of current supplied to 82b, it is possible to control the magnetic attractive force acting between the magnet body 80 1 and the plate-like magnetic material 85.
【0075】また、磁石体801のN極面及びS極面
と、平板磁性体体85との間のギャップ間隔は、磁石体
801〜804それぞれの永久磁石81の上面に設けられ
た4つのギャップセンサ861〜864による各ギャップ
センサ861〜864上面と平板状磁性体85下面との間
のギャップ間隔の検出結果から求めることができる。な
お、本実施形態では、磁石体801のN極面及びS極面
とが短い間隔で並んでいるので、ウエハステージWST
のθX方向の回転量及びθY方向の回転量が小さなもので
あれば、磁石体801のN極面及びS極面と、平板磁性
体体85との間のギャップ間隔は、ギャプセンサ861
の検出結果のみから精度良く求めることができる。本実
施形態では、磁石体801のN極面、磁石体801のS極
面、及びギャップセンサ861の上面は、ほぼ同一平面
上にあるので、ウエハステージWSTのθX方向の回転
量及びθY方向の回転量が小さなものであれば、ギャッ
プセンサ861によって検出されたギャップ間隔GP
1が、磁石体801のN極面及びS極面と、平板状磁性体
85との間のギャップ間隔となっている。[0075] Also, the N pole surface and S-pole surface of the magnet body 80 1, the gap spacing between the flat magnetic body 85, provided on the upper surface of the magnet body 80 1-80 4 each permanent magnet 81 four can be obtained from the detection result of the gap distance between the gap sensors 86 1 to 86 4 each gap by sensor 86 1-86 4 top a flat magnetic body 85 lower surface. In the present embodiment, since the N-pole surface and the S-pole surface of the magnet body 80 1 are arranged at short intervals, the wafer stage WST
If the theta ones rotation amount of the rotation amount and theta Y direction of the X-direction small, the N pole surface and S-pole surface of the magnet body 80 1, the gap spacing between the flat magnetic body 85, Gyapusensa 86 1
Can be accurately obtained from only the detection result of In the present embodiment, the magnet body 80 1 of N pole face magnet body 80 1 of the S pole surface, and the upper surface of the gap sensor 86 1 is on a substantially same plane, the rotation amount of theta X direction of the wafer stage WST And the rotation amount in the θ Y direction is small, the gap interval GP detected by the gap sensor 86 1
1, has an N-pole surface and the S-pole surface of the magnet body 80 1, and the gap spacing between the flat magnetic body 85.
【0076】すなわち、ギャップセンサ861によるギ
ャップ間隔GP1の検出結果に基づいて、電磁石82
a,82bに供給される電流の向きと大きさを制御する
ことにより、磁石体801と平板状磁性体85との間の
磁気吸引力の大きさを制御することができる。That is, based on the detection result of the gap interval GP 1 by the gap sensor 86 1 , the electromagnet 82
a, by controlling the direction and magnitude of the current supplied to 82b, it is possible to control the magnetic attraction force of the magnitude between the magnet body 80 1 and the plate-like magnetic material 85.
【0077】以上の磁石体801における平板状磁石体
85との間の磁気吸引力の制御と同様にして、磁石体8
02〜804それぞれと平板状磁性体85との間の磁気的
吸引力を制御することができる。すなわち、ギャップセ
ンサ862〜864によるギャップ間隔GP2〜GP4の検
出結果に基づいて、磁石体802〜804それぞれの電磁
石82a,82bに供給される電流の向きと大きさを制
御することにより、磁石体802〜804それぞれと平板
状磁性体85との間の磁気吸引力の大きさを制御するこ
とができる。[0077] In analogy to the control of the magnetic attraction force between the plate-shaped magnet 85 in the above magnet body 80 1, the magnet body 8
0 2-80 4 can be controlled magnetic attractive force between each a flat magnetic body 85. That is, based on the detection result of the gap interval GP 2 ~GP 4 by the gap sensors 86 2-86 4, to control the direction and magnitude of the current supplied to the magnet body 80 2-80 4 each electromagnet 82a, 82b it is thus possible to control the magnetic attraction force of the magnitude between the magnet body 80 2-80 4 respectively a flat magnetic body 85.
【0078】このため、磁石体801〜804それぞれの
電磁石82a,82bに供給される電流の向きと大きさ
を制御することにより、磁石体801〜804それぞれと
平板状磁性体85との間の磁気吸引力を制御することに
より、磁石体801〜804が設けられたウエハステージ
WSTを一直線上に無い4点でそれぞれ独立にZ軸方向
に駆動することができる。したがって、駆動装置32に
よるZ,θX,θYの3自由度方向に所望の駆動をするこ
とができる。例えば、上述の定常状態において、磁石体
801〜804の全てに同一の電流を供給すれば、ウエハ
ステージWSTをZ軸方向に駆動することができ。ま
た、磁石体801,804の双方に同一の電流を供給し、
磁石体802、803の双方に磁石体801に供給される電
流とは異なる同一の電流を供給すれば、ウエハステージ
WSTをθX方向に駆動することができる。さらに、磁
石体801,802の双方に同一の電流を供給し、磁石体
80 3、804の双方に磁石体801に供給される電流とは
異なる同一の電流を供給すれば、ウエハステージWST
をθY方向に駆動することができる。For this reason, the magnet body 801~ 80Foureach
Direction and magnitude of current supplied to electromagnets 82a and 82b
By controlling the magnet body 801~ 80FourWith each
To control the magnetic attractive force between the flat magnetic body 85
The magnet body 801~ 80FourWafer stage provided with
WST is independently set at four points not on a straight line in the Z-axis direction.
Can be driven. Therefore, the driving device 32
Z, θX, ΘYDrive in the three degrees of freedom
Can be. For example, in the steady state described above, the magnet body
801~ 80FourIf the same current is supplied to all of the
Stage WST can be driven in the Z-axis direction. Ma
The magnet body 801, 80FourSupply the same current to both
Magnet body 80Two, 80ThreeMagnet body 80 on both sides1Electricity supplied to
If the same current different from the current is supplied, the wafer stage
WST to θXCan be driven in any direction. Furthermore, magnetic
Stone body 801, 80TwoSupply the same current to both
80 Three, 80FourMagnet body 80 on both sides1What is the current supplied to
If the same and different currents are supplied, wafer stage WST
To θYCan be driven in any direction.
【0079】次に、駆動装置32によるウエハステージ
WSTのZ,θX,θYの3自由度方向の位置・姿勢制御
について説明する。Next, control of the position and orientation of wafer stage WST in three directions of freedom, Z, θ X , and θ Y by drive device 32 will be described.
【0080】ウエハステージWSTをZ,θX,θYの3
自由度方向に駆動するには、ウエハステージWST上の
一直線上に無い3点において独立かつ任意にZ軸方向に
駆動することで十分であるが、本実施形態においては、
上述のように磁気吸引力の作用点が、平面視でウエハス
テージWSTを含む駆動対象の重心を中心とする正方形
の4頂点となっている。すなわち、図8の平面図で示さ
れるように、ウエハステージWSTを含む駆動対象の重
心Gを中心として、重心GからX軸方向に距離D、Y軸
方向に距離Dだけ離れた点P1〜P4において磁気的吸引
力が作用している。そこで、本実施形態では、磁石体8
03及び磁石体804を、点P3と点P4との中点P5に存
在する仮想的な磁石体に置き換えて考え、ウエハステー
ジWSTをZ,θX,θYの3自由度方向に駆動すること
にしている。The wafer stage WST is set at Z, θ X and θ Y.
In order to drive in the direction of freedom, it is sufficient to drive independently and arbitrarily in the Z-axis direction at three points that are not on a straight line on wafer stage WST, but in the present embodiment,
As described above, the points of action of the magnetic attraction force are four vertices of a square centered on the center of gravity of the drive target including the wafer stage WST in plan view. That is, as shown in the plan view of FIG. 8, points P 1 to P 1 apart from the center of gravity G of the drive target including the wafer stage WST by the distance D in the X-axis direction and the distance D in the Y-axis direction from the center of gravity G magnetic attraction force acts in the P 4. Therefore, in the present embodiment, the magnet body 8
0 3 and the magnet body 80 4, consider replacing the virtual magnet body is present at the midpoint P 5 between the point P 3 and the point P 4, 3 degrees of freedom of the wafer stage WST Z, θ X, θ Y Drive in the direction.
【0081】このとき、点P1〜P5における平板状磁性
体85との間のギャップ間隔GP1〜GP5は、重心Gと
平板状磁性体85とのZ方向間隔をZG、重心Gと各磁
石体801〜804の磁極面(ギャップセンサ861〜8
64の平板状磁性体85との対向面)とのZ方向高さを
ZPとし、ウエハステージWSTのθX方向の回転量をθ
X、ウエハステージWSTのθY方向の回転量をθYする
と、 GP1=ZG−ZP−D(tanθX+tanθY) …(1) GP2=ZG−ZP−D(−tanθX+tanθY) …(2) GP3=ZG−ZP−D(tanθX−tanθY) …(3) GP4=ZG−ZP−D(−tanθX−tanθY) …(4) GP5=(GP3+GP4)/2 …(5) となる。そこで、ウエハステージWSTのZ,θX,θY
の3自由度方向の駆動制御に使用される3点P1、P2、
P5におけるギャップ間隔GP1,GP2,GP5は、86
1〜864によって実測される4点P1〜P4におけるギャ
ップ間隔GP1〜GP4から一義的に求めることにしてい
る。なお、(1)〜(5)式から明らかなように、ウエ
ハステージWSTの位置・姿勢(ZG,θX,θY)は、
ギャップ間隔(GP1,GP2,GP5)と1対1に対応
している。したがって、ギャップ間隔(GP1,GP2,
GP5)を制御することにより、ウエハステージWST
の位置・姿勢(ZG,θX,θY)を制御することができ
る。At this time, the point P1~ PFivePlate magnetism in
Gap interval GP with body 851~ GPFiveIs the center of gravity G
The distance in the Z direction from the flat magnetic body 85 is ZG, The center of gravity G and each magnet
Stone body 801~ 80FourPole face (gap sensor 86)1~ 8
6FourWith respect to the flat magnetic body 85) in the Z direction.
ZPAnd θ of wafer stage WSTXThe amount of rotation in the direction
XOf wafer stage WSTYThe amount of rotation in the directionYDo
And GP1= ZG-ZP−D (tan θX+ Tan θY…… (1) GPTwo= ZG-ZP−D (−tanθX+ Tan θY…… (2) GPThree= ZG-ZP−D (tan θX−tanθY…… (3) GPFour= ZG-ZP−D (−tanθX−tanθY…… (4) GPFive= (GPThree+ GPFour) / 2 (5) Therefore, Z, θ of wafer stage WSTX, ΘY
Point P used for drive control in three degrees of freedom1, PTwo,
PFiveGap interval GP in1, GPTwo, GPFiveIs 86
1~ 86FourFour points P measured by1~ PFourGya in
Gap GP1~ GPFourFrom the unanimous decision
You. Note that, as is apparent from equations (1) to (5), the wafer
Position / posture (ZG, ΘX, ΘY)
Gap interval (GP1, GPTwo, GPFive) And one-to-one
are doing. Therefore, the gap interval (GP1, GPTwo,
GPFive) To control the wafer stage WST.
Position / posture (ZG, ΘX, ΘY) Can be controlled
You.
【0082】また、ギャップ間隔GP1,GP2,GP5
を目標値とするために、点P1,P2,P5に発生させる
磁気的吸引力FM1,FM2,FM5が求められたときに
は、点P3,P4に配置された磁石体803,804それぞ
れに、磁気吸引力FM5/2が作用するように電流を供
給することにしている。The gap intervals GP 1 , GP 2 , GP 5
When the magnetic attraction forces FM 1 , FM 2 , FM 5 to be generated at the points P 1 , P 2 , P 5 are determined in order to obtain the target value, the magnet body disposed at the points P 3 , P 4 80 3, 80 4, a magnetic attraction force FM 5/2 is to supply a current to act.
【0083】ところで、駆動装置32による制御対象
は、ウエハステージWSTの位置・姿勢(ZG,θX,θ
Y)すなわちギャップ間隔(GP1,GP2,GP5)であ
り、実際の制御量は磁石体801〜804それぞれに供給
される電圧E1〜E4である。こうした電圧E1〜E4を入
力としてギャップ間隔(GP1,GP2,GP5)を出力
とする制御系モデルは、図9に示される実際のステージ
制御系モデル91で表される。この制御系モデル91で
は、電圧E1〜E4が磁石体801〜804に供給される
と、磁石体801〜804それぞれにおけるコイルの電気
抵抗値及びインダクタンス値によって定まる電気抵抗モ
デル93に従って磁石体801〜804に電流I1〜I4が
流れる。電流I1〜I4が磁石体801〜804に供給され
ると、磁気抵抗値によって定まる磁気力モデル94に従
って磁気的吸引力F1〜F4が発生する。これらの磁気的
吸引力F1〜F4が発生するとウエハステージWSTは、
運動方程式によって定まる動力学モデル95に従って移
動し、座標変換モデル96に従ったギャップ間隔(GP
1,GP2,GP5)となる。なお、電気抵抗モデル93
及び磁気力モデル94から電磁石モデルが構成されてい
る。The object controlled by the drive unit 32 is the position / posture (Z G , θ X , θ) of the wafer stage WST.
A Y) or gap spacing (GP 1, GP 2, GP 5), the actual control amount is a voltage E 1 to E 4 supplied to each magnet 80 1-80 4. A control system model in which the voltages E 1 to E 4 are input and the gap intervals (GP 1 , GP 2 , GP 5 ) are output is represented by an actual stage control system model 91 shown in FIG. In the control system model 91, when a voltage E 1 to E 4 are supplied to the magnet body 80 1-80 4, the electric resistance model 93 determined by the electric resistance and inductance of the coil in the magnet body 80 1-80 4 respectively current I 1 ~I 4 the magnet body 80 1-80 4 flows according to. When the current I 1 ~I 4 is supplied to the magnet body 80 1-80 4, the magnetic attractive force F 1 to F 4 is generated according to the magnetic force model 94 determined by the magnetic resistance. Wafer stage WST when these magnetic attraction force F 1 to F 4 is generated,
It moves according to the dynamics model 95 determined by the equation of motion, and the gap interval (GP
1, GP 2, GP 5) to become. The electric resistance model 93
The magnetic force model 94 forms an electromagnet model.
【0084】ここで、電気抵抗モデル93及び磁気力モ
デル94は、共にギャップ間隔(GP1,GP2,G
P5)を非線形パラメータとして含むものである。この
ため、実際の制御量E1〜E4とギャップ間隔(GP1,
GP2,GP5)とは、微小範囲については線形とみなす
ことができるが、一般に、非線形な関係にある。したが
って、制御量を磁石体801〜804それぞれに供給され
る電圧E1〜E4とするのでは、広い制御量範囲にわたっ
てギャップ間隔(GP1,GP2,GP5)を制御が容易
な線形制御をによって制御することができない。Here, both the electric resistance model 93 and the magnetic force model 94 have gap intervals (GP 1 , GP 2 , G
P 5 ) as a non-linear parameter. Therefore, the actual control quantity E 1 to E 4 and gap spacing (GP 1,
GP 2 , GP 5 ) can be regarded as linear in a minute range, but generally have a non-linear relationship. Therefore, the control amount than the voltage E 1 to E 4 supplied to each magnet 80 1-80 4, easy to control the gap distance over a wide control weight range (GP 1, GP 2, GP 5) Cannot be controlled by linear control.
【0085】そこで、本実施形態では、ギャップ間隔
(GP1,GP2,GP5)と線形な関係にある新たな制
御量V(VZ,VθX,VθY)を導入するとともに、制
御量Vと電圧E1〜E4とを結び付ける付加要素92を実
際のステージ制御系91の前段に仮想的に配置し、全体
として線形制御系90を構築している。かかる制御量V
(VZ,VθX,VθY)は、ウエハステージWSTの状
態をP(ZG,θX,θY,dZG/dt,dθX/dt,
dθY/dt)として、 dP/dt=A・P+B・V …(6) という線形状態方程式を満たすものとして定義される。
ここで、Aは、状態Pの第4〜6成分(dZG/dt,
dθX/dt,dθY/dt)を第1〜3成分として取り
出すマトリクスであり、また、Bは、制御量Vの3成分
を第4〜6成分として取り出すマトリクスである。Therefore, in the present embodiment, a new control amount V (VZ, Vθ X , Vθ Y ) having a linear relationship with the gap intervals (GP 1 , GP 2 , GP 5 ) is introduced, and the control amount V An additional element 92 for linking the voltage and the voltages E 1 to E 4 is virtually arranged before the actual stage control system 91, thereby constructing a linear control system 90 as a whole. Such control amount V
(VZ, Vθ X , Vθ Y ) indicates the state of the wafer stage WST as P (Z G , θ X , θ Y , dZ G / dt, dθ X / dt,
dθ Y / dt) is defined as satisfying a linear state equation of dP / dt = A · P + B · V (6).
Here, A is the fourth to sixth components of state P (dZ G / dt,
d? X / dt, d? Y / dt) is a matrix for extracting the first to third components, and B is a matrix for extracting the three components of the control amount V as the fourth to sixth components.
【0086】すなわち、制御量V(VZ,VθX,V
θY)において、 VZ=d2ZG/dt2 …(7) VθX=d2θX/dt2 …(8) VθY=d2θY/dt2 …(9) であり、また、制御量V(VZ,VθX,VθY)の各成
分は、各磁石体801〜804に働く磁気吸引力と、ウエ
ハステージWSTを含む浮上体に対して下方に働く力
(自重の重力及び固定子との間の磁気的吸引力)、並び
に浮上体の質量及び慣性モーメントで表される。なお、
制御量V(VZ,VθX,VθY)を表現するにあたって
は、前述の定常状態のZ位置をZ座標の原点とするのが
便宜であり、本実施形態ではそのようにしている。That is, the control amount V (VZ, Vθ X , V
In theta Y), a VZ = d 2 Z G / dt 2 ... (7) Vθ X = d 2 θ X / dt 2 ... (8) Vθ Y = d 2 θ Y / dt 2 ... (9), also , the controlled variable V (VZ, Vθ X, Vθ Y) components of the magnetic attraction force acting on the magnet body 80 1-80 4 acts downwardly with respect to floating body comprising a wafer stage WST force (self-weight (Gravity and magnetic attraction between the stator) and the mass and moment of inertia of the levitation body. In addition,
In expressing the control amount V (VZ, Vθ X , Vθ Y ), it is convenient to use the above-described Z position in the steady state as the origin of the Z coordinate, and this is the case in the present embodiment.
【0087】付加要素92では、ギャップ間隔(G
P1,GP2,GP5)と浮上体に働く力との関係に基づ
く加速度モデル99に従って、ギャップ間隔(GP1,
GP2,GP5)の現在値のときに、目標値として与えら
れた制御量V(VZ,VθX,Vθ Y)とするために必要
となる各磁石体801〜804に働く磁気吸引力F1〜F4
を決定する。こうして決定された磁気吸引力F1〜F4を
発生させる電流I1〜I4を、磁気抵抗値によって定まる
磁気力モデル98に従って、ギャップ間隔(GP1,G
P2,GP5)の現在値を考慮して求め、さらに、求めら
れた電流I1〜I4を発生させる電圧E1〜E4を、磁石体
801〜804それぞれにおけるコイルの電気抵抗値及び
インダクタンス値によって定まる電気抵抗モデル97に
従って、付加要素92の出力して求める。In the additional element 92, the gap interval (G
P1, GPTwo, GPFive) And the force acting on the levitating body
According to the acceleration model 99, the gap interval (GP1,
GPTwo, GPFive) At the current value, given as the target value
Control amount V (VZ, VθX, Vθ Y) And needed to
Each magnet body 80 which becomes1~ 80FourMagnetic attraction F acting on1~ FFour
To determine. The magnetic attraction force F thus determined1~ FFourTo
Generated current I1~ IFourIs determined by the magnetic resistance
According to the magnetic force model 98, the gap interval (GP1, G
PTwo, GPFive) In consideration of the current value of
Current I1~ IFourE that generates1~ EFourThe magnet body
801~ 80FourThe electrical resistance of the coil in each case and
To the electric resistance model 97 determined by the inductance value
Therefore, the output of the additional element 92 is obtained.
【0088】線形制御モデル90では、付加要素の出力
である電圧E1〜E4を上記の実際のステージ制御系モデ
ル91の入力としている。このため、線形制御モデル9
0では、制御系モデル91における非線形の要因になっ
た電磁石モデル(93,94)に対する一種の逆変換操
作が、磁気力モデル98及び電気抵抗モデル97におい
て行われるので、線形制御モデル90の入力としての制
御量V(VZ,VθX,VθY)と出力としてのギャップ
間隔(GP1,GP2,GP5)とは、厳密に線形の関係
となる。In the linear control model 90, the voltages E 1 to E 4 which are the outputs of the additional elements are input to the actual stage control system model 91. Therefore, the linear control model 9
In the case of 0, since a kind of inversion operation for the electromagnet models (93, 94) that became a non-linear factor in the control system model 91 is performed in the magnetic force model 98 and the electric resistance model 97, the linear control model 90 is used as an input. Has a strictly linear relationship between the control amount V (VZ, Vθ X , Vθ Y ) and the gap interval (GP 1 , GP 2 , GP 5 ) as an output.
【0089】また、線形制御系90においては、実際の
制御量である磁石体801〜804それぞれに供給される
電圧E1〜E4は、全体としてのフィードバック制御ルー
プの途中で登場している。すなわち、本実施形態では、
制御量V(VZ,VθX,VθY)を採用し、出力量(G
P1,GP2,GP5)について厳密に線形化されたモデ
ルによって、制御演算を行い、かかる制御演算の途中で
求められる実際の制御量である電圧E1〜E4を磁石体8
01〜804に供給している。したがって、出力量(GP
1,GP2,GP5)すなわちウエハステージWSTの位
置・姿勢(ZG,θX,θY)を広い範囲にわたって正確
に制御することができる。[0089] Further, in the linear control system 90, the actual control amount is a magnet body 80 1-80 4 voltage is supplied to each E 1 to E 4 are appeared in the middle of the feedback control loop as a whole I have. That is, in the present embodiment,
The controlled variable V (VZ, Vθ X, Vθ Y) adopted, output quantity (G
P 1 , GP 2 , and GP 5 ) are strictly linearized to perform a control operation, and the voltages E 1 to E 4 , which are actual control amounts obtained in the course of the control operation, are applied to the magnet body 8.
It is supplied to the 0 1-80 4. Therefore, the output amount (GP
1 , GP 2 , GP 5 ), that is, the position / posture (Z G , θ X , θ Y ) of the wafer stage WST can be accurately controlled over a wide range.
【0090】なお、上記では、電圧出力の電源を使用す
ることを想定し、実際の制御量を電圧E1〜E4とした
が、電流出力の電源を使用する場合には、実際の制御量
を電流I1〜I4とすることもできる。かかる場合には、
図9の制御モデルにおける電気抵抗モデル93,97が
不要となる。In the above description, it is assumed that a voltage output power supply is used, and the actual control amounts are set to the voltages E 1 to E 4. However, when a current output power supply is used, the actual control amount is used. Can be the currents I 1 to I 4 . In such cases,
The electric resistance models 93 and 97 in the control model of FIG. 9 become unnecessary.
【0091】以上のように、本実施形態のウエハステー
ジ装置30によれば、駆動装置31を使用し、電磁相互
作用によって、ウエハステージWSTをX,Y,θZの
3自由度方向に駆動するとともに、駆動装置32を使用
し、磁気吸引力によって、ウエハステージWSTをZ,
θX,θYの3自由度方向に駆動することにより、ウエハ
ステージWSTを6自由度方向に駆動可能としている。
これにより、非空気環境下においても、支障無く、ステ
ージの位置・姿勢制御が可能となっている。また、Z・
レベリングテーブル、エアベアリング等が不要となり、
ステージの小型・軽量化が可能となり、これによりステ
ージの位置制御性の向上が可能となっている。[0091] As described above, according to wafer stage device 30 of the present embodiment, by using the drive device 31, the electromagnetic interaction, drive the wafer stage WST X, Y, the directions of three degrees of freedom theta Z At the same time, the wafer stage WST is moved to Z,
theta X, by driving the directions of three degrees of freedom theta Y, thereby enabling driving the wafer stage WST 6 degrees of freedom directions.
As a result, the position and orientation of the stage can be controlled without any problem even in a non-air environment. Also, Z
No need for leveling tables, air bearings, etc.
The size and weight of the stage can be reduced, thereby improving the position controllability of the stage.
【0092】また、駆動装置31において、固定子側に
磁極ユニット50を設けているので、可動子側に設けら
れた電機子ユニット61付近において、磁極ユニット5
0に由来する磁束が駆動装置32における磁気力を発生
するための磁気回路に混入する量をていげんすることが
できるので、安定した浮上支持が可能となる。また、固
定子側に磁極ユニット50を設けているので、磁極ユニ
ット50が発生する磁束が時間的に変化せず、安定した
磁束密度分布中で安定したローレンツ力を発生すること
ができる。In the driving device 31, since the magnetic pole unit 50 is provided on the stator side, the magnetic pole unit 5 is provided near the armature unit 61 provided on the mover side.
Since the amount of the magnetic flux derived from 0 mixed into the magnetic circuit for generating the magnetic force in the drive device 32 can be increased, stable floating support is possible. Further, since the magnetic pole unit 50 is provided on the stator side, the magnetic flux generated by the magnetic pole unit 50 does not change with time, and a stable Lorentz force can be generated in a stable magnetic flux density distribution.
【0093】また、電機子ユニット61の支持部材とし
て電機子ユニット61のウエハステージWST側に磁性
体部材68を設けたので、駆動装置32における磁気力
を発生するための磁気回路に混入する磁極ユニット50
による磁束量を低減することができる。さらに、磁極ユ
ニット50と磁性体部材68との間に磁気的吸引力が作
用するので、浮上剛性を高めることができる。Further, since the magnetic member 68 is provided on the side of the armature unit 61 on the wafer stage WST side as a support member for the armature unit 61, the magnetic pole unit mixed into the magnetic circuit for generating a magnetic force in the driving device 32 50
Can reduce the amount of magnetic flux. Further, since a magnetic attraction force acts between the magnetic pole unit 50 and the magnetic member 68, the floating rigidity can be increased.
【0094】また、電機子ユニット61を構成する電機
子コイル63で発生する熱を除熱するために電機子コイ
ル63が収納される空間に冷媒を流すことにしたので、
電機子コイル63の温度上昇に伴う駆動力の発生効率の
変化、電機子コイルの周囲の部材や装置への熱の伝達に
よる熱膨張の発生、及びステージ周辺の雰囲気の揺らぎ
の発生を低減することができる。Since the heat generated in the armature coil 63 of the armature unit 61 is removed, the refrigerant is caused to flow through the space in which the armature coil 63 is housed.
To reduce the change in the driving force generation efficiency due to the temperature rise of the armature coil 63, the occurrence of thermal expansion due to the transfer of heat to members and devices surrounding the armature coil, and the occurrence of fluctuations in the atmosphere around the stage. Can be.
【0095】また、電機子ユニット61を構成する電機
子コイル63をウエハステージWSTから離間して支持
するコイル支持部材65によって支持しているので、電
機子コイルで発生した熱を効率良く除熱することができ
るとともに、電機子コイルで発生した熱のステージへの
伝導量を低減することができる。Further, since the armature coil 63 constituting the armature unit 61 is supported by the coil supporting member 65 which is supported separately from the wafer stage WST, the heat generated by the armature coil is efficiently removed. And the amount of heat generated by the armature coil to the stage can be reduced.
【0096】また、駆動装置32を構成する磁石体80
1〜804それぞれを、電磁石82a、永久磁石81、及
び電磁石82bを直列に接続して構成したので、各電磁
石に供給する電流を調整することにより、各磁石体80
1〜804と平板状磁性体85との間の磁気力を調整する
ことができるとともに、電磁石に供給する電流量を低減
することができる。Further, the magnet body 80 constituting the driving device 32
1-80 4 respectively, electromagnets 82a, since it is configured by connecting a permanent magnet 81, and the electromagnet 82b in series, by adjusting the current supplied to the electromagnets, the magnet bodies 80
It is possible to adjust the magnetic force between the 1-80 4 and the flat plate-like magnetic body 85, it is possible to reduce the amount of current supplied to the electromagnet.
【0097】また、各永久磁石81の起磁力が、電磁石
82a,82bに電流が供給されておらず、かつ平板状
磁性体部材85との間隔が所定の値であるときに、ウエ
ハステージWSTと一体的に移動する移動部分全体に働
く鉛直下方の力と、磁石体801〜804と平板状磁性体
部材85との間の磁気吸引力の合計とが釣り合うように
設定されているので、磁気力を調整することなく、ステ
ージの自重を磁気力により支えた状態でステージを定常
状態の位置に保持することができ、定常状態からのステ
ージの位置・姿勢の調整を僅かのエネルギで実現するこ
とが可能になる。Further, when the magnetomotive force of each permanent magnet 81 is such that current is not supplied to electromagnets 82a and 82b and the distance between flat magnet member 85 is a predetermined value, wafer stage WST and and force vertically downward acting on the entire moving portion that moves integrally with, since the sum of the magnetic attractive force is set so as to balance between the magnet body 80 1-80 4 and the flat plate-shaped magnetic member 85, Without adjusting the magnetic force, the stage can be held at the steady state position while the stage's own weight is supported by the magnetic force, and the adjustment of the position and orientation of the stage from the steady state can be realized with little energy. It becomes possible.
【0098】また、磁石体801〜804供給する電圧
(又は電流)とギャップセンサ861〜864によるギャ
ップ間隔GP1〜GP4の検出結果とに関する非線形電磁
石モデルを有する線形制御モデルに基づいて、磁石体8
01〜804供給する電流を制御することにしているの
で、広い範囲にわたって精度良くウエハステージWST
の位置(Z位置)・姿勢(θX,θY)の制御を行うこと
ができる。[0098] Further, based on a linear control model having nonlinear electromagnet model for the detection result of the gap interval GP 1 ~GP 4 magnet body 80 1-80 4 for supplying voltage (or current) and by the gap sensors 86 1 to 86 4 And the magnet body 8
0 1-80 4 because in the controlling the current supplied, accurately wafer stage WST wide range
(Z position) and attitude (θ X , θ Y ) can be controlled.
【0099】また、ウエハステージWSTにおいて、テ
ーブル88上に高透磁率を有する磁気シールド材料から
成るウエハ支持部材89を設け、ウエハ支持部材89上
にウエハWを保持するので、駆動装置31において利用
する磁束のウエハW付近への侵入量を低減することがで
きる。In the wafer stage WST, a wafer support member 89 made of a magnetic shield material having a high magnetic permeability is provided on the table 88, and the wafer W is held on the wafer support member 89. The amount of magnetic flux penetrating into the vicinity of the wafer W can be reduced.
【0100】また、ウエハ支持部材89とウエハステー
ジとの接触面積は最小限に抑えられているので、駆動装
置31,32からウエハステージテーブルを介して伝導
する熱を低減できる。Further, since the contact area between the wafer support member 89 and the wafer stage is minimized, the heat conducted from the driving devices 31 and 32 via the wafer stage table can be reduced.
【0101】以上のようにして、ウエハステージWST
すなわちウエハWの位置制御を行いつつ実行される本実
施形態の露光装置100における露光動作の流れについ
て簡単に説明する。As described above, wafer stage WST
That is, the flow of the exposure operation in exposure apparatus 100 of the present embodiment, which is performed while controlling the position of wafer W, will be briefly described.
【0102】まず、不図示のレチクルローダにより、転
写したいパターンが形成されたレチクルRがレチクルス
テージRSTにロードされる。同様に、不図示のウエハ
ローダにより、露光したいウエハWが基板テーブル11
にロードされる。First, a reticle R on which a pattern to be transferred is formed is loaded on a reticle stage RST by a reticle loader (not shown). Similarly, the wafer W to be exposed is set on the substrate table 11 by a wafer loader (not shown).
Is loaded.
【0103】このとき、ウエハステージWSTは、所定
のウエハローディングポジションにて、ベース状に浮上
支持されており、かつそのローディングポジションに所
定時間停止状態を維持するように主制御装置20によ
り、ステージ制御系19を介してサーボ制御されてい
る。したがって、このローディングポジションでの待期
時には、駆動装置31の電機子コイル63及び駆動装置
32の電磁石82a,82bに電流が供給されており、
また、電機子コイル63における発熱による温度上昇及
び周囲への熱の伝搬を防止すべく、主制御装置20では
冷却機18等を用いて電機子コイル63の冷却を行って
いる。At this time, wafer stage WST is floated and supported in a base shape at a predetermined wafer loading position, and is controlled by main controller 20 to maintain a stopped state at the loading position for a predetermined time. Servo control is performed via the system 19. Therefore, during the waiting period in the loading position, current is supplied to the armature coil 63 of the driving device 31 and the electromagnets 82a and 82b of the driving device 32.
Further, in order to prevent the temperature rise due to the heat generated in the armature coil 63 and the propagation of heat to the surroundings, the main controller 20 cools the armature coil 63 using the cooler 18 and the like.
【0104】次に、主制御装置20により、不図示のレ
チクル顕微鏡、不図示のアラインメント検出系を用いて
レチクルアラインメント、ベースライン計測等の準備作
業が所定の手順に従って行われた後、アラインメント検
出系を用いて、統計的な手法を用いて行われるEGA
(エンハンスト・グローバル・アラインメント)等のア
ラインメント計測が実行される。なお、EGA計測の詳
細は、例えば特開昭61−44429号公報に記載され
ている。Next, after the main controller 20 performs preparatory operations such as reticle alignment and baseline measurement using a reticle microscope (not shown) and an alignment detection system (not shown) in accordance with predetermined procedures, the alignment detection system EGA performed using statistical methods
An alignment measurement such as (enhanced global alignment) is performed. The details of the EGA measurement are described in, for example, JP-A-61-44429.
【0105】アライメント計測の終了後、以下のように
してステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行わ
れる。After the completion of the alignment measurement, the exposure operation of the step-and-scan method is performed as follows.
【0106】この露光動作にあたって、まず、ウエハW
のXY位置が、ウエハW上の最初のショット領域(ファ
ースト・ショット)の露光のための走査開始位置となる
ように、基板テーブル11が移動される。この移動は、
主制御装置20によりステージ制御系19を介して、駆
動装置31を構成する各電機子コイル63の電流を前述
のように制御することにより行われる。また、所望のZ
位置及び姿勢(θX,θY)となるように、駆動装置32
を構成する電磁石82a,82bに電流が供給される。
同時に、レチクルRのXY位置が、走査開始位置となる
ように、レチクルステージRSTが移動される。この移
動は、主制御装置20によりステージ制御系19を介し
て行われる。In this exposure operation, first, the wafer W
The substrate table 11 is moved so that the XY position of the substrate table becomes the scanning start position for exposing the first shot area (first shot) on the wafer W. This move
This is performed by controlling the current of each armature coil 63 constituting the drive unit 31 by the main control unit 20 via the stage control system 19 as described above. Also, the desired Z
The driving device 32 is controlled so that the position and orientation (θ X , θ Y ) are obtained.
Are supplied to the electromagnets 82a and 82b constituting
At the same time, reticle stage RST is moved such that the XY position of reticle R becomes the scanning start position. This movement is performed by the main controller 20 via the stage control system 19.
【0107】そして、ステージ制御系19が、レチクル
干渉計16によって計測されたレチクルRのXY位置情
報、ウエハ干渉計35によって計測されたウエハWのX
Y位置情報に基づき、不図示のレチクル駆動部及び駆動
装置31を介してレチクルRとウエハWとを同期移動さ
せる。かかる同期移動中においては、レチクルRの走査
方向に対して垂直な方向に長手方向を有する長方形(ス
リット状)の照明領域IARでレチクルRが照明され、
レチクルRは露光時に速度VRで走査(スキャン)され
る、照明領域IAR(中心は光軸AXとほぼ一致)は投
影光学系PLを介してウエハW上に投影され、照明領域
IARに共役なスリット状の投影領域、すなわち露光領
域IAが形成される。そして、ウエハWがレチクルRに
同期して速度VWで走査され、ウエハW上のショット領
域の全面が露光可能となっている。なお、走査速度の比
VW/VRは正確に投影光学系PLの縮小倍率に応じたも
のとなっており、レチクルRのパターン領域のパターン
がウエハW上のショット領域上に正確に縮小転写され
る。Then, the stage control system 19 controls the XY position information of the reticle R measured by the reticle interferometer 16 and the X-axis information of the wafer W measured by the wafer interferometer 35.
Based on the Y position information, the reticle R and the wafer W are synchronously moved via a reticle driving unit and a driving device 31 (not shown). During the synchronous movement, the reticle R is illuminated by a rectangular (slit-shaped) illumination area IAR having a longitudinal direction in a direction perpendicular to the scanning direction of the reticle R,
The reticle R is scanned (scanned) at a speed V R at the time of exposure. An illumination area IAR (the center substantially coincides with the optical axis AX) is projected onto the wafer W via the projection optical system PL and is conjugate to the illumination area IAR. A slit-shaped projection area, that is, an exposure area IA is formed. Then, the wafer W is scanned at a speed V W in synchronization with the reticle R, the entire surface of the shot area on the wafer W can be exposed. The scanning speed ratio V W / V R accurately corresponds to the reduction magnification of the projection optical system PL, and the pattern of the pattern area of the reticle R is accurately reduced and transferred onto the shot area on the wafer W. Is done.
【0108】また、レチクルRとウエハWとの同期移動
中における前述の不図示の多点フォーカス位置検出系に
よる検出結果、及びギャップセンサ861〜864の検出
結果に基づいて、ウエハW上の露光領域IAが投影光学
系PLの結像面と一致させるウエハステージWSTの
Z,θX,θYの3自由度方向に関する駆動制御が、ステ
ージ制御系19により駆動装置32を介して行われる。[0108] The detection result by the multi-point focus position detection system previously described, not shown in the synchronous movement of the reticle R and the wafer W, and on the basis of the detection result of the gap sensor 86 1-86 4, on the wafer W Driving control of the wafer stage WST in three degrees of freedom of Z, θ X , and θ Y so that the exposure area IA coincides with the image forming plane of the projection optical system PL is performed by the stage control system 19 via the driving device 32.
【0109】以上のように制御されながら行われる走査
露光により、一つのショット領域に対するレチクルパタ
ーンの転写が終了すると、ウエハステージWSTがステ
ッピングされて、次のショット領域に対する走査露光が
行われる。このようにして、ステッピングと走査露光と
が順次繰り返され、ウエハW上に必要なショット数のパ
ターンが転写される。かかる走査露光にあたっては、ウ
エハステージWSTの移動に伴って、ベース47に反力
が生じ振動を誘起するが、ベース47は、投影光学系P
Lを支持する本体コラム41等とは完全に分離している
ので、投影光学系PL等に振動が伝達されることはな
い。When the transfer of the reticle pattern to one shot area is completed by the scanning exposure performed while being controlled as described above, the wafer stage WST is stepped, and the scanning exposure is performed to the next shot area. In this way, the stepping and the scanning exposure are sequentially repeated, and the required number of shot patterns are transferred onto the wafer W. In such scanning exposure, a reaction force is generated on the base 47 with the movement of the wafer stage WST to induce vibration.
The vibration is not transmitted to the projection optical system PL and the like because it is completely separated from the main body column 41 and the like supporting the L.
【0110】以上、本実施形態の露光装置100によれ
ば、ウエハWの高速移動及び高精度位置制御ができるの
で、スループット向上及び露光精度向上の双方を図るこ
とができる。As described above, according to the exposure apparatus 100 of the present embodiment, high-speed movement and high-precision position control of the wafer W can be performed, so that both throughput and exposure accuracy can be improved.
【0111】上記の本実施形態の装置100は、多数の
機械部品からなるレチクルステージRST、複数のレン
ズから構成される投影光学系PL、上述の構成を有する
ウエハステージ装置30等を組み立てる。そして、レチ
クルステージRST、投影光学系PL、ウエハステージ
装置30等を組み合わせた後に、総合調整(電気調整、
光学調整、動作確認等)をすることにより製造すること
ができる。なお、露光装置100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。The apparatus 100 of the present embodiment assembles a reticle stage RST including a number of mechanical parts, a projection optical system PL including a plurality of lenses, a wafer stage apparatus 30 having the above-described configuration, and the like. Then, after combining the reticle stage RST, the projection optical system PL, the wafer stage device 30, and the like, comprehensive adjustment (electric adjustment,
Optical adjustment, operation confirmation, etc.). It is desirable that the exposure apparatus 100 be manufactured in a clean room in which temperature, cleanliness, and the like are controlled.
【0112】なお、上記の実施形態では、ウエハステー
ジ装置30を構成する駆動装置31の固定子側を他の露
光装置100の部分とは完全に分離して構成したが、図
10に示されるように、駆動装置31の固定子50を脚
部45に除振装置59を介して取り付けることも可能で
ある。In the above embodiment, the stator side of the driving device 31 constituting the wafer stage apparatus 30 is completely separated from the other exposure apparatus 100, but as shown in FIG. Alternatively, the stator 50 of the driving device 31 can be attached to the leg 45 via a vibration isolator 59.
【0113】また、平面モータ31の磁極ユニットにお
いて、永久磁石に代えて永久磁石と同等な電磁石を使用
することも可能である。また、平面モータ31における
永久磁石及び電機子コイルの形状や配列周期は、上記実
施形態に限定されず、採用する駆動方式に応じたものと
することができる。また、上記の実施形態では、電機子
コイルの保持部材として磁性体部材を使用したが、非磁
性体部材を採用することも可能である。In the magnetic pole unit of the flat motor 31, an electromagnet equivalent to a permanent magnet can be used instead of a permanent magnet. Further, the shape and the arrangement cycle of the permanent magnets and the armature coils in the planar motor 31 are not limited to the above-described embodiment, but may be in accordance with the driving method to be adopted. Further, in the above embodiment, the magnetic member is used as the holding member of the armature coil. However, a non-magnetic member may be used.
【0114】さらに、上記の実施形態では電機子コイル
の冷却用に冷却液を使用したが、冷媒となる流体であれ
ば気体冷媒を使用することが可能である。Further, in the above embodiment, the cooling liquid is used for cooling the armature coil, but a gaseous refrigerant can be used as long as it is a fluid serving as a refrigerant.
【0115】また、上記の本実施形態では、平面モータ
31可動子が電機子ユニットを備え、固定子が磁極ユニ
ットを備える構成としたが、可動子が磁極ユニットを備
え、固定子が電機子ユニットを備える構成とすることも
できる。In the above-described embodiment, the plane motor 31 has the armature unit provided with the armature unit and the stator has the magnetic pole unit. However, the mover has the magnetic pole unit, and the stator has the armature unit. May be provided.
【0116】また、上記の実施形態では、ウエハ支持部
材全体を磁気シールド材としたが、ウエハ支持部材の基
材に低透磁率の部材を用い、磁気シールド材をウエハ側
表面に貼り付けてもよい。In the above-described embodiment, the whole wafer supporting member is made of the magnetic shield material. However, a low magnetic permeability member may be used as the base material of the wafer supporting member, and the magnetic shielding material may be attached to the wafer side surface. Good.
【0117】なお、上記各実施形態では、本発明がAr
F露光装置に適用された場合について説明したが、本発
明の適用範囲がこれに限定されることはなく、F2レー
ザ光(波長157nm)等の真空紫外域光を露光用照明
光として用いる他のVUV露光装置や、波長5〜15n
mの光を露光用照明光とするEUV露光装置は勿論、X
線露光装置や電子線露光装置、イオンビーム露光装置等
の荷電粒子線を用いる露光装置などにも本発明は適用可
能である。また、本発明は、チャンバ内が空気雰囲気で
あっても良く、KrFエキシマレーザ光やg線やi線を
露光用照明光として用いるDUV露光装置にも好適に適
用できることは言うまでもない。さらに、本発明は、ま
た、ステップ・アンド・リピート機、ステップ・アンド
・スキャン機、ステップ・アンド・スティッチング機を
問わない。In each of the above embodiments, the present invention employs Ar
Although the description has been given of the case where the present invention is applied to the F exposure apparatus, the scope of the present invention is not limited to this, and vacuum ultraviolet light such as F 2 laser light (wavelength: 157 nm) is used as the exposure illumination light. VUV exposure equipment, wavelength 5-15n
m as well as an EUV exposure apparatus that uses exposure light as exposure light.
The present invention is also applicable to an exposure apparatus using a charged particle beam, such as a line exposure apparatus, an electron beam exposure apparatus, and an ion beam exposure apparatus. In addition, it goes without saying that the present invention may be suitably applied to a DUV exposure apparatus using a KrF excimer laser beam, g-line or i-line as exposure illumination light, even if the inside of the chamber may be an air atmosphere. Further, the present invention is not limited to a step-and-repeat machine, a step-and-scan machine, and a step-and-stitch machine.
【0118】また、本発明のモータ装置は、露光装置に
おける基板ステージ装置への適用に限定されるものでは
なく、例えば露光装置におけるレチクルステージ装置に
も適用が可能であるし、また、露光装置以外であっても
試料の位置制御が必要な場合には適用が可能である。The motor device of the present invention is not limited to application to a substrate stage device in an exposure apparatus, but can be applied to, for example, a reticle stage device in an exposure apparatus. However, the method can be applied when position control of the sample is required.
【0119】[0119]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のステージ
装置によれば、移動面内の3自由度方向について電磁力
で駆動し、残りの3自由度方向について磁気力で駆動す
ることので、非空気環境下においても、支障無く、ステ
ージの位置・姿勢制御を行うことができるとともにステ
ージの構成の簡略化及び小型・軽量化が可能であるとい
う効果がある。As described above, according to the stage apparatus of the present invention, the driving is performed by the electromagnetic force in the three degrees of freedom in the moving plane, and the magnetic is driven in the remaining three degrees of freedom. Even in a non-air environment, there is an effect that the position and orientation of the stage can be controlled without any trouble, and the configuration of the stage can be simplified and the size and weight can be reduced.
【0120】また、本発明の露光装置によれば、本発明
のステージ装置を使用することによりステージの構成の
簡略化及び小型・軽量化を図ることができるので、ステ
ージ移動のより高速化、高加速度化が可能となるととも
に、位置決め整定時間等の短縮により、スループットの
向上を図ることが可能になる。Further, according to the exposure apparatus of the present invention, by using the stage apparatus of the present invention, the structure of the stage can be simplified, and the size and weight can be reduced. Acceleration can be achieved, and the throughput can be improved by shortening the positioning settling time and the like.
【図1】一実施形態の露光装置の概略的な構成を示す図
である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment.
【図2】図2(A)及び(B)は、図1のベース及び固
定子の構成を示す図である。FIGS. 2A and 2B are diagrams showing the configuration of a base and a stator of FIG. 1;
【図3】図1の可動子周辺の構成を示す縦断面図であ
る。FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a configuration around a mover of FIG. 1;
【図4】図3の可動子における電機子コイルの配置及び
形状を示す図である。FIG. 4 is a view showing an arrangement and a shape of an armature coil in the mover shown in FIG. 3;
【図5】ウエハテーブル周辺の構成を示す斜視図であ
る。FIG. 5 is a perspective view showing a configuration around a wafer table.
【図6】図6(A)及び図6(B)は、図2の固定子に
よる磁気回路を説明するための図である。FIGS. 6A and 6B are diagrams for explaining a magnetic circuit using the stator of FIG. 2;
【図7】磁石体による磁気回路を説明するための図であ
る。FIG. 7 is a diagram for explaining a magnetic circuit using a magnet body.
【図8】ウエハステージ上における磁石体の配置位置を
説明するための図である。FIG. 8 is a view for explaining an arrangement position of a magnet body on a wafer stage.
【図9】浮上制御系を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a levitation control system.
【図10】変形例を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a modified example.
18…冷却装置、19…ステージ制御系(電流制御装置
の一部)、20…主制御装置(電流制御装置の一部)、
30…ウエハステージ装置(ステージ装置)、31…駆
動装置(第1の駆動装置)、32…駆動装置(第2の駆
動装置)、50…固定子(磁極ユニット)、59…除振
装置(反力キャンセル機構)、60…可動子、61…電
機子ユニット、63…電機子コイル、65…コイル支持
部材、801〜804…磁石体(調節装置の一部)、81
…永久磁石、82a,82b…電磁石、85…平板状磁
性体、88…テーブル、89…ウエハ支持部材(物体支
持部材)、W…ウエハ(物体、基板)、PL…投影光学
系(光学系)。18: cooling device, 19: stage control system (part of current control device), 20: main control device (part of current control device),
Reference numeral 30: wafer stage device (stage device), 31: drive device (first drive device), 32: drive device (second drive device), 50: stator (magnetic pole unit), 59: anti-vibration device (anti force cancellation mechanism), 60 ... movable member 61: an armature unit, 63 ... armature coil, 65 ... coil support member, 80 1-80 4 ... magnet body (part of the adjustment device), 81
... permanent magnets, 82a, 82b ... electromagnets, 85 ... plate-shaped magnetic material, 88 ... table, 89 ... wafer support member (object support member), W ... wafer (object, substrate), PL ... projection optical system (optical system) .
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/30 515G Fターム(参考) 2H097 AA03 AB09 CA13 GB01 KA03 KA29 LA10 LA12 5F031 CA02 CA05 KA06 KA07 KA08 LA04 LA08 MA27 NA04 NA05 PA09 5F046 CC01 CC03 CC05 CC06 CC17 5H641 BB06 BB15 BB16 BB18 GG03 GG05 GG07 GG11 GG12 GG26 GG29 HH02 HH06 JA07 JB04 JB05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/30 515G F-term (Reference) 2H097 AA03 AB09 CA13 GB01 KA03 KA29 LA10 LA12 5F031 CA02 CA05 KA06 KA07 KA08 LA04 LA08 MA27 NA04 NA05 PA09 5F046 CC01 CC03 CC05 CC06 CC17 5H641 BB06 BB15 BB16 BB18 GG03 GG05 GG07 GG11 GG12 GG26 GG29 HH02 HH06 JA07 JB04 JB05
Claims (19)
と;前記ステージを移動面に沿って電磁力で駆動する第
1の駆動装置と;前記ステージ上に配設され、磁気力を
調節する調節装置を有し、前記ステージを前記移動面と
交差する方向に磁気力で駆動する第2の駆動装置とを備
えるステージ装置。1. A stage having a mounting surface on which an object is mounted; a first driving device for driving the stage by an electromagnetic force along a moving surface; and an adjustment disposed on the stage to adjust a magnetic force. And a second driving device for driving the stage with a magnetic force in a direction intersecting the moving surface.
可動子と;該可動子との間の電磁相互作用により前記ス
テージを駆動する固定子とを備えることを特徴とする請
求項1に記載のステージ装置。2. The first driving device comprises: a mover provided on the stage so as to face the moving surface; and a stator driving the stage by electromagnetic interaction between the mover and the mover. The stage device according to claim 1, further comprising:
記固定子は磁極ユニットを有することを特徴とする請求
項2に記載のステージ装置。3. The stage apparatus according to claim 2, wherein the mover has an armature unit, and the stator has a magnetic pole unit.
が形成された容器部材と;前記収納空間に冷媒を供給し
て前記各電機子コイルを冷却する冷却装置とを更に備え
ることを特徴とする請求項3に記載のステージ装置。4. A container member in which a storage space for storing the armature unit is formed; and a cooling device that supplies a refrigerant to the storage space to cool each of the armature coils. The stage device according to claim 3.
イルを含み、 前記複数の電機子コイルを前記ステージから離間して支
持するコイル支持部材を更に備えることを特徴とする請
求項4に記載のステージ装置。5. The armature unit according to claim 4, wherein the armature unit includes a plurality of armature coils, and further includes a coil support member that supports the plurality of armature coils apart from the stage. Stage equipment.
載面側に配設され、前記搭載面とほぼ平行な磁極面を有
する少なくとも3つの磁石体を有し、 前記第2の駆動装置は、前記磁石体の磁極面に対向する
平板状磁性体部材を備えることを特徴とする請求項1〜
5のいずれか一項に記載のステージ装置。6. The adjusting device has at least three magnets disposed on the mounting surface side of the stage and having a magnetic pole surface substantially parallel to the mounting surface, wherein the second driving device includes: A magnetic body comprising a flat plate-shaped magnetic member facing a magnetic pole surface of the magnet body.
6. The stage device according to any one of items 5.
れぞれ各1つ配置されていることを特徴とする請求項6
に記載のステージ装置。7. The apparatus according to claim 6, wherein the stage has a quadrangular shape, and one of the magnet bodies is arranged at each of the four corners on the mounting surface side of the stage.
A stage device according to item 1.
とする請求項6又は7に記載のステージ装置。8. The stage device according to claim 6, wherein the magnet body includes an electromagnet.
回路を形成する永久磁石を更に含むことを特徴とする請
求項8に記載のステージ装置。9. The stage apparatus according to claim 8, wherein the magnet body further includes a permanent magnet that forms a magnetic circuit with the electromagnet.
供給されておらず、かつ前記各磁石体と前記平板状磁性
体部材との間隔が所定の値であるときに、前記ステー
ジ、前記可動子及び前記磁石体の全体に働く鉛直下方の
力と、前記磁石体と前記平板状磁性体部材との間の磁気
力の合計とが釣り合うように、磁力が設定されているこ
とを特徴とする請求項9に記載のステージ装置。10. The stage according to claim 7, wherein the current is not supplied to the electromagnet and an interval between each of the magnets and the flat magnetic member is a predetermined value. The magnetic force is set such that the vertical force acting on the whole of the magnet and the magnet body and the total magnetic force between the magnet body and the plate-shaped magnetic member are balanced. The stage device according to claim 9.
部材との間のギャップ量を検出する少なくとも3つのギ
ャップセンサと;前記ギャップセンサによる検出結果に
基づいて、前記電磁石に供給する電流を制御する電流制
御装置とを備えることを特徴とする請求項8〜10のい
ずれか一項に記載のステージ装置。11. The adjusting device, comprising: at least three gap sensors provided on the mounting surface side of the stage to detect a gap amount between the adjusting device and the flat magnetic member; and based on a detection result by the gap sensor. 11. The stage device according to claim 8, further comprising: a current control device configured to control a current supplied to the electromagnet.
給する電流と前記ギャップセンサによる検出結果とに関
する非線形電磁石モデルを有する線形制御モデルに基づ
いて、前記電磁石に供給する電流を制御することを特徴
とする請求項11に記載のステージ装置。12. The current control device controls a current supplied to the electromagnet based on a linear control model having a non-linear electromagnet model related to a current supplied to the electromagnet and a detection result of the gap sensor. The stage device according to claim 11, wherein:
上に設けられ、前記物体を支持する物体支持部材とを備
えることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に
記載のステージ装置。13. The stage according to claim 1, wherein the stage includes: a table that moves along the moving surface; and an object supporting member provided on the table and supporting the object. The stage device according to claim 1.
る磁気シールド材料から成ることを特徴とする請求項1
3に記載のステージ装置。14. The object supporting member according to claim 1, wherein the object supporting member is made of a magnetic shield material having a high magnetic permeability.
4. The stage device according to 3.
前記物体側の面に張り付けられた、高透磁率を有する磁
気シールド材料から成る磁気シールド部材を更に備える
ことを特徴とする請求項13に記載のステージ装置。15. The stage according to claim 13, wherein the stage further comprises a magnetic shield member made of a magnetic shield material having a high magnetic permeability attached to the object-side surface of the object support member. Stage equipment.
所で前記テーブル上に支持されることを特徴とする請求
項13〜15のいずれか一項に記載のステージ装置。16. The stage apparatus according to claim 13, wherein the object support member is supported on the table at at least three places.
基板を露光して所定のパターンを前記基板に転写する露
光装置であって、 請求項1〜16のいずれか一項に記載のステージ装置を
備え、該ステージ装置を構成する前記ステージを前記基
板を保持する基板ステージとして具備することを特徴と
する露光装置。17. An exposure apparatus for exposing a substrate by an energy beam via an optical system and transferring a predetermined pattern to the substrate, comprising: the stage device according to claim 1. Description: An exposure apparatus, comprising: the stage constituting the stage device as a substrate stage for holding the substrate.
の駆動装置と前記光学系を保持する保持部とが振動に関
して独立していることを特徴とする請求項17に記載の
露光装置。18. The first device constituting the stage device
18. The exposure apparatus according to claim 17, wherein the driving device and the holding unit that holds the optical system are independent with respect to vibration.
の駆動装置による前記基板ステージの駆動によって発生
する反力をキャンセルする反力キャンセル機構を備える
請求項17に記載の露光装置。19. The first device constituting the stage device
18. The exposure apparatus according to claim 17, further comprising a reaction force canceling mechanism for canceling a reaction force generated by driving the substrate stage by the driving device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11230579A JP2001057325A (en) | 1999-08-17 | 1999-08-17 | Stage device and aligner |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP11230579A JP2001057325A (en) | 1999-08-17 | 1999-08-17 | Stage device and aligner |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001057325A true JP2001057325A (en) | 2001-02-27 |
Family
ID=16909961
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP11230579A Pending JP2001057325A (en) | 1999-08-17 | 1999-08-17 | Stage device and aligner |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001057325A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1999
- 1999-08-17 JP JP11230579A patent/JP2001057325A/en active Pending
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