JP2001126977A - ステージ装置および露光装置ならびに回路デバイス製造方法 - Google Patents

ステージ装置および露光装置ならびに回路デバイス製造方法

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JP2001126977A
JP2001126977A JP30563299A JP30563299A JP2001126977A JP 2001126977 A JP2001126977 A JP 2001126977A JP 30563299 A JP30563299 A JP 30563299A JP 30563299 A JP30563299 A JP 30563299A JP 2001126977 A JP2001126977 A JP 2001126977A
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Toru Kiuchi
徹 木内
Hiroto Horikawa
浩人 堀川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ステージの加減速に伴う反力の影響の少ないス
テージ装置を提供する。 【解決手段】定盤８の移動面上を１次元又は２次元移動
する可動体１０と、定盤８を装置設置場所の床面上に防
振して支持する防振マウント機構２Ａ〜２Ｃとを備えた
ステージ装置であって、防振マウント機構２Ａ〜２Ｃの
荷重印加部３Ａ〜３Ｃが定盤８の移動面よりも高くなる
ように、防振マウント機構２Ａ〜２Ｃの荷重印加部３Ａ
〜３Ｃから定盤８を懸架状態で支持する懸架支持部７Ａ
〜７Ｃを設けるとともに、定盤８の移動面とほぼ平行な
方向に関して防振マウント機構２Ａ〜２Ｃと定盤８との
相対変位を許容するように、防振マウント機構２Ａ〜２
Ｃの荷重印加部３Ａ〜３Ｃと懸架支持部７Ａ〜７Ｃとの
間に可動支承機構５Ａを設けている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物や被検査
物等の試料を載置して定盤上を精密に２次元移動するス
テージ装置と、そのようなステージ装置を用いた露光装
置、精密加工装置等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、半導体デバイスや液晶表示デ
バイス等の回路パターンの形成には、回路パターンが描
画されたマスクやレチクルを照明光（紫外線、Ｘ線、電
子線等のエネルギー線）で照射し、その透過光や反射光
を等倍、所定の縮小倍率あるいは拡大倍率を有する投影
結像系を介して感応基板上に投影露光する装置、所謂マ
イクロリソグラフィ装置が使用されている。このような
リソグラフィ装置には、感応基板（レジスト層が塗布さ
れた半導体ウェハやガラスプレート等）を載置してレー
ザ干渉計による位置サーボ制御のもとで平面（ＸＹ平
面）内で精密に２次元移動するステージ装置が設けられ
ている。
【０００３】またその種の精密なステージ装置は、レチ
クルやマスク上に描画された回路パターンの線幅、複数
のパターンの間隔寸法、或いは描画されたパターンの設
計値に対する偏差等を検査する装置、所謂マイクロパタ
ーン検査装置にも設けられ、5ｎｍ〜２０ｎｍ程度の測
長分解能を有するレーザ干渉計によって座標位置が計測
される。
【０００４】典型的な従来のステージ装置は、（１）米
国特許第5,040,431号公報に開示されているように、可
動ステージ本体を定盤上面のガイド平面上に静圧気体軸
受けを介して非接触に搭載し、Ｘ方向とＹ方向の各ガイ
ド面に対しても静圧気体軸受けを介して案内するととも
に、可動ステージ本体をＨ型に配置された３個のリニア
モータで駆動するエアガイドステージ装置が使われてい
る。
【０００５】この公報（１）に開示されたステージ装置
には、定盤に固定されて例えばＹ方向に直線的に延びて
定盤に固定された固定ガイド部材と、その固定ガイド部
材と平行に可動ステージ本体の両側に配置された２つの
リニアモータと、固定ガイド部材に案内されてＹ方向に
移動するとともにＸ方向に直線的に延びた可動ガイド部
材と、その可動ガイド部材に案内されてＸ方向に移動す
る可動ステージ本体とが設けられている。
【０００６】このようなエアガイドステージ装置は、エ
キシマレーザ光源からの波長２４８ｎｍの遠紫外線を用
いて６４Ｍ〜２５６Ｍビットクラスの半導体メモリ素子
（ＤＲＡＭ、フラッシュメモリ等）を製造するためのス
テップアンドリピート方式の露光装置に適用する場合は
十分な精度を備えている。しかしながら、今後量産化が
進むと予測されている１Ｇ〜４Ｇビットクラス（最小線
幅で0.2μｍ以下）の電子デバイスチップを製造する走
査型の露光装置（所謂ステップアンドスキャン方式の露
光装置）への適用には必ずしも十分ではない。
【０００７】それは、可動ステージ本体をＸＹ方向に移
動する際に各リニアモータを駆動すると、可動ステージ
本体の加速、減速に伴って可動ステージ本体の質量と加
速度の積に応じた大きさの反力（ニュートン第３法則）
が定盤に加わり、定盤と機械的に結合された投影光学系
やマスクステージ機構に不要な振動を発生させたり、装
置コラムに不要な応力を加えて構造物の機械的な配置、
或いは構造物自体を歪ませたりするからである。
【０００８】このような現象は、ステージの制御性能を
劣化させるため、益々微細化する回路パターンの重ね合
せ露光の精度を悪化させたり、投影パターン像のぶれに
よる解像不良を起こすことになる。そこで、例えば
（２）特開平８−１６６４７５号公報や（３）ＷＯ９６
／３８７６５号公報に開示されているように、可動ステ
ージ本体を駆動する非接触方式のアクチュエータ（リニ
アモータ）の固定子を、可動ステージ本体を支持する定
盤とは振動伝達特性上で絶縁された別のフレーム構造体
（リアクション吸収フレーム）側に取り付けることで、
ステージ加減速時の反力をフレーム構造体で受けて床に
逃がす装置が考えられている。
【０００９】しかしながら、このような構造は２次元移
動するウェハステージを搭載する定盤の周囲にリアクシ
ョン吸収フレーム構造体を設ける必要があり、露光装置
全体の設置床面積（フットプリント）を大きくするとい
った問題がある。特に走査露光方式の露光装置では、ウ
ェハステージの他に、装置上方に設置されるマスクステ
ージにも高速な走査運動が要求されるため、床面からマ
スクステージの高さ位置まで剛性の高いタワーのような
リアクション吸収フレーム構造体が必要となり、フット
プリントが益々増大することになる。
【００１０】そこで、例えば（４）米国特許第5,815,24
6号公報に開示されているように、定盤上に２次元可動
ステージを駆動するリニアモータの固定子を設けたまま
にし、定盤の下のベースと定盤との間にエアベアリング
を設けて定盤をベースに対してＸ，Ｙ，θ方向に移動で
きるようにすることで、可動ステージの加減速に伴って
生じる反力を定盤自体の移動により吸収して、リアクシ
ョン吸収フレーム構造体を不要にした装置が提案されて
いる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の公
報（４）に開示のステージ装置では、定盤上の可動ステ
ージの移動反力によって定盤自体がベース上でＸＹθ方
向に自由に移動し得る構造になっている。このため、そ
のベースを露光装置の投影結像系の鏡筒保持コラムから
３個の板状部材で吊下げた場合、３個の板状部材の各々
に加わる荷重バランスの変化による機構学上の安定性や
剛性の解析を、可動ステージの２次元移動の他に定盤の
移動も考慮して設計する必要がある。
【００１２】特に鏡筒保持コラムには、露光装置の心臓
部とも言える投影結像系が固定されているため、吊下げ
用の板状部材の各々に加わる荷重バランスの変化が大き
くなると、鏡筒保持コラム自体に思わぬ歪みが発生する
ことも考えられ、鏡筒保持コラム自体の構造を強固なも
のにして剛性を高める必要があろう。しかしながら、そ
のような構造は鏡筒保持コラム自体の大型化を招き、装
置重量を増すことなる。
【００１３】そこで本発明は、可動ステージ本体の移動
範囲が載置すべき試料のサイズに応じて大きくなった場
合でも、全体サイズ（フットプリント）を従来装置より
もコンパクトにしつつ、可動ステージの加減速に伴う反
力を有効に吸収し得る構造のステージ装置を提供するこ
とを目的とする。また本発明は、可動ステージの加減速
に伴う反力の吸収のみならず、可動ステージの移動に伴
うステージ装置全体の重心移動を極めて小さく抑えたス
テージ装置を提供することを目的とする。さらに本発明
は、そのようなステージ装置が適用される露光装置を提
供することを目的とし、特にマスク（レチクル）と被露
光基板とを相対的に一方向に同期走査する走査型の露光
装置を提供することを目的とする。
【００１４】さらに、本発明の別の目的は、主可動体
（例えばマスクステージ）を駆動する際に生じる運動エ
ネルギ−を吸収するために、逆方向に運動するカウンタ
−可動体を設け、反力や振動を極めて小さく抑えた構造
のステージ装置において、主可動体とカウンタ−可動体
との相対位置関係のずれが生じないようにしたステージ
装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に一実施例を表す図面に対応付けて説明すると、請求項
１記載のステージ装置は、定盤（８）の移動面上を１次
元又は２次元移動する可動体（１０）と、定盤（８）を
装置設置場所の床面上に防振して支持する防振マウント
機構（２Ａ〜２Ｃ）とを備えたステージ装置であって、
防振マウント機構（２Ａ〜２Ｃ）の荷重印加部（３Ａ〜
３Ｃ）が定盤（８）の移動面よりも高くなるように、防
振マウント機構（２Ａ〜２Ｃ）の荷重印加部（３Ａ〜３
Ｃ）から定盤（８）を懸架状態で支持する懸架支持部
（７Ａ〜７Ｃ）を設けるとともに、定盤（８）の移動面
とほぼ平行な方向に関して防振マウント機構（２Ａ〜２
Ｃ）と定盤（８）との相対変位を許容するように、防振
マウント機構（２Ａ〜２Ｃ）の荷重印加部（３Ａ〜３
Ｃ）と懸架支持部（７Ａ〜７Ｃ）との間に可動支承機構
（５Ａ）を設けている。
【００１６】このため、可動体（１０）と定盤（８）と
の間で運動量保存則が成立し、可動体（１０）の移動方
向と逆方向に定盤（８）が移動するので、可動体（１
０）の移動によるステージ装置の重心の変化が発生しな
い。なお、この場合、定盤（８）と懸架支持部（７Ａ〜
７Ｃ）との総重量Ｍ２を可動体（１０）の総重量Ｍ１よ
りも大きくすることが好ましい。
【００１７】請求項７記載の露光装置は、マスク（Ｒ）
のパターンを投影系（ＰＬ）により感応性基板（Ｗ）上
に投影露光する露光装置であって、感応性基板（Ｗ）を
載置して２次元平面内を移動する第１の可動ステージ
（１０）を保持する第１の定盤部材（８）と、マスク
（Ｒ）を載置して２次元平面内を移動する第２の可動ス
テージ（１６）を保持する第２の定盤部材（１４）と、
マスク（Ｒ）が投影系（ＰＬ）の物体面に位置するよう
に第２の定盤（１４）を支持する第３の定盤部材（６、
１２Ａ〜１２Ｃ）と、第１の定盤部材（８）を防振支持
する防振支持部材（２Ａ〜２Ｃ）と、防振支持部材（２
Ａ〜２Ｃ）と第３の定盤部材（６、１２Ａ〜１２Ｃ）と
に接続され、第３の定盤部材（６）を第１の定盤部材
（８）とは独立して支持する支持部材（４Ａ〜４Ｃ）と
を備えている。
【００１８】これによれば、第３の定盤部材（６、１２
Ａ〜１２Ｃ）を支持する支持部材（４Ａ〜４Ｃ）が第１
の定盤部材（８）を防振支持する防振支持部材（２Ａ〜
２Ｃ）に接続されているので、露光装置全体のフットプ
リントを減少させることができる。また、支持部材（４
Ａ〜４Ｃ）が第３の定盤部材（６、１２Ａ〜１２Ｃ）を
第１の定盤部材（８）から独立して支持しているので第
２の可動ステージ（１６）の移動に起因した振動が第２
の定盤部材（１４）に伝わることがない。更に、第３の
可動ステ−ジ（１５）を設けた場合には、第３の可動ス
テ−ジ（１５）が第２の可動ステージ（１６）の移動に
応じて第２の可動ステージ（１６）とは逆方向に移動す
るので、第２の可動ステージ（１６）の移動による反力
が第１の定盤部材（８）に伝わることもない。前述のよ
うに、支持部材（４Ａ〜４Ｃ）が第３の定盤部材（６、
１２Ａ〜１２Ｃ）を第１の定盤部材（８）から独立して
支持しているので、投影系（ＰＬ）を第３の定盤部材
（６、１２Ａ〜１２Ｃ）で保持することができる。
【００１９】請求項１０記載のステージ装置は、所定の
基準平面と平行な少なくとも１次元方向に往復移動可能
な主可動体（１０または５００）と、主可動体（１０ま
たは５００）と所定の間隔で配置されて基準平面と平行
な１次元方向に往復移動可能なカンタ−可動体（８また
は４０５Ｂ，４０６Ｂ）とを有し、１次元方向に沿って
カウンタ−可動体（８または４０５Ｂ，４０６Ｂ）と主
可動体（１０または５００）とを互いに逆方向に相対移
動させるために非接触型の固定子と可動子とをそれぞれ
主可動体（１０または５００）とカウンタ−可動体（８
または４０５Ｂ，４０６Ｂ）とに設けた主アクチュエ−
タ（９Ａまたは４０５Ａ，Ｂ、４０６Ａ，Ｂ）と、カウ
ンタ−可動体（８または４０５Ｂ，４０６Ｂ）を基準平
面に対して１次元方向に単独に移動させる非接触型の副
アクチュエ−タ（５０Ａ，５２Ａまたは５２０Ａ，Ｂ、
５２２Ａ，Ｂ）と、主アクチュエ−タ（９Ａまたは４０
５Ａ，Ｂ、４０６Ａ，Ｂ）による各可動体の移動の際に
副アクチュエ−タ（５０Ａ，５２Ａまたは５２０Ａ，
Ｂ、５２２Ａ，Ｂ）を速度サ−ボにより駆動する制御回
路系（６０または６３０）とを備えている。
【００２０】これによれば、制御回路系（６０または６
３０）が副アクチュエ−タ（５０Ａ，５２Ａまたは５２
０Ａ，Ｂ、５２２Ａ，Ｂ）を速度サ−ボにより駆動して
いるので、主アクチュエータのトルクむらが発生するこ
となく安定して主可動体（１０または５００）を駆動す
ることができる。請求項１２記載のステージ装置は、定
盤（１４）上を少なくとも１次元方向に直線移動する主
可動体（５００）を備えたステージ装置であって、主可
動体（５００）の一方の側部に設けられた第1可動子
（４０５Ａ）と、第1可動子（４０５Ａ）に対峙して１
次元方向に相対移動可能な第1固定子（４０５Ｂ）とで
構成される第1リニアモータ（４０５Ａ，４０５Ｂ）
と、主可動体（５００）の他方の側部に設けられた第２
可動子（４０６Ａ）と、第２可動子（４０６Ａ）に対峙
して１次元方向に相対移動可能な第２固定子（４０６
Ｂ）とで構成される第２リニアモータ（４０６Ａ，４０
６Ｂ）と、第１固定子（４０５Ｂ）と主可動体（５０
０）の１次元方向に関する相対位相を所期状態に復元す
る第１復元手段（４０５Ａ、５００、５０２、５０５
Ａ，Ｂまたは５２２Ａ，Ｂ）と、第２固定子（４０６
Ｂ）と主可動体（５００）の１次元方向に関する相対位
相を所期状態に復元する第２復元手段（４０５Ａ、５０
０、５０３、５０４、５０５Ａ，Ｂまたは５２０Ａ，
Ｂ）と、第１復元手段（４０５Ａ、５００、５０２、５
０５Ａ，Ｂまたは５２２Ａ，Ｂ）と第２復元手段（４０
５Ａ、５００、５０３、５０４、５０５Ａ，Ｂまたは５
２０Ａ，Ｂ）を所定のタイミングで個別に制御する制御
手段（５１０）とを備えている。
【００２１】また、主可動体（５００）の移動による運
動エネルギーを受けて第１固定子（４０５Ｂ）と第２固
定子（４０６Ｂ）との各々を定盤（１４）上で逆方向に
移動させるように個別に支持するガイド機構（１４Ｂ，
１４Ｆ）を設けてもいい。これによれば、制御手段（５
１０）は、第1固定子（４０５Ｂ）と主可動体（５０
０）との相対位相の復元および第２固定子（４０６Ｂ）
と主可動体（５００）との相対位相の復元を個別に行う
ことができため、第1固定子（４０５Ｂ）と第２固定子
（４０６Ｂ）とを別体にすることができ、主可動体（５
００）に加わる第1リニアモータ（４０５Ａ，４０５
Ｂ）と第２リニアモータ（４０６Ａ，４０６Ｂ）とのわ
ずかな推力差による応力発生（モ−メント力）を小さく
することができる。
【００２２】請求項１４記載の露光装置は、マスク
（Ｒ）のパターンを感応性基板（Ｗ）上の所定領域に露
光する露光装置であって、感応性基板（Ｗ）を載置して
２次元移動する基板ステージ（１０）と、マスク（Ｒ）
を載置して少なくとも１次元移動するマスクステージ
（１４）と、マスクステージ（１４）の１次元移動によ
る運動エネルギーを消費するために、マスクステージ
（１４）の両側に配置されてマスクステージ（１４）に
対する相対位相関係を保って逆方向に移動可能な２つの
カウンター可動体（４０５Ｂ、Ｍｇｎ、４０９Ａ，Ｂ、
４１１Ａ，Ｂと、４０６Ｂ、Ｍｇｎ、４０８Ａ，Ｂ、４
１０Ａ，Ｂ）と、マスクステージ（１４）と２つのカウ
ンター可動体（４０５Ｂ、Ｍｇｎ、４０９Ａ，Ｂ、４１
１Ａ，Ｂと、４０６Ｂ、Ｍｇｎ、４０８Ａ，Ｂ、４１０
Ａ，Ｂ）との相対位相関係の乱れを復元するために、２
つのカウンター可動体（４０５Ｂ、Ｍｇｎ、４０９Ａ，
Ｂ、４１１Ａ，Ｂと、４０６Ｂ、Ｍｇｎ、４０８Ａ，
Ｂ、４１０Ａ，Ｂ）の各々に設けられた２つの復元機構
（４０５Ａ、５００、５０２、５０５Ａ，Ｂと４０５
Ａ、５００、５０３、５０４、５０５Ａ，Ｂまたは５２
２Ａ，Ｂと５２０Ａ，Ｂ）と、２つの復元機構４０５
Ａ、５００、５０２、５０５Ａ，Ｂと４０５Ａ、５０
０、５０３、５０４、５０５Ａ，Ｂまたは５２２Ａ，Ｂ
と５２０Ａ，Ｂ）を感応性基板（Ｗ）の露光シーケンス
上の所定タイミングで個別に動作させる復元制御系（５
１０）とを備えている。
【００２３】これによれば、復元制御系（５１０）は、
マスクステージ（１４）と２つのカウンター可動体（４
０５Ｂ、Ｍｇｎ、４０９Ａ，Ｂ、４１１Ａ，Ｂと、４０
６Ｂ、Ｍｇｎ、４０８Ａ，Ｂ、４１０Ａ，Ｂ）との相対
位相関係の乱れを復元することができる。
【００２４】
【発明の実施の態様】≪第1の実施態様≫図１は、本発
明の第１の実施例によるステージ装置が適用される走査
型の投影露光装置の全体構成を示す正面図であり、図２
と図３は図１中に示したウェハステージ装置の主要部分
を詳細に表した部分断面図である。図１において、露光
装置を設置する工場の床面（又は工場床面に設置される
専用のキャストフレームやペデスタル）１上には、露光
装置全体の荷重を支えるとともに、床面１の振動の露光
装置への伝播を防止したり、露光装置本体で発生した振
動を吸収したり、或いは露光装置本体の傾斜を防止した
りするための３個のアクティブな防振マウント２Ａ，２
Ｂ，２Ｃ（図１では２Ｃを省略）が設置される。
【００２５】各防振マウント２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、ステ
ージ装置の自重を受けるとともに、内蔵のアクチュエー
タによって露光装置の光軸ＡＸと平行なＺ方向の推力を
発生する上下動可能なピストン状の荷重印加部３Ａ，３
Ｂ，３Ｃ（図１では３Ｃを省略）を備えている。さらに
各荷重印加部３Ａ，３Ｂ，３Ｃの上面中央部には円柱状
の剛体部材４Ａ，４Ｂ，４Ｃが所定の高さ寸法で固着さ
れている。
【００２６】各剛体部材４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、露光装置
の投影結像系ＰＬが取付けられる鏡筒保持コラム６の周
囲３ヶ所に結合され、鏡筒保持コラム６の上に構築され
る結像系ＰＬや他の構造体（本体コラム１２、レチクル
ステ−ジベ−ス１４、レチクルステ−ジ１６等）の重量
を受ける。鏡筒保持コラム６の下側には、結像系ＰＬに
よって形成される回路パターン像が転写される感応基板
を載置するための２次元可動ステージ１０が配置され、
このステージ１０はＸＹ平面と平行な定盤８上面の移動
面（ガイド面）に静圧気体軸受を介して支承される。
【００２７】そのステージ１０は、定盤８に固定された
固定ガイド、固定子が定盤８に固定された２つの平行な
リニアモータ９Ａ，９Ｂ（図１では９Ｂを省略）、その
２つのリニアモータの推力により固定ガイドに沿って１
次元移動する可動ガイド、及び固定子が可動ガイドに固
定され、可動子がステージ１０に固定されたリニアモー
タ等とによって２次元移動するように構成されるが、詳
細については後で説明する。
【００２８】さて定盤８の周囲３ヶ所には、定盤８を防
振マウント２Ａ，２Ｂ，２Ｃの各荷重印加部３Ａ，３
Ｂ，３Ｃから懸架状態で支持するための懸架部材７Ａ，
７Ｂ，７Ｃ（図１では７Ｃを省略）が固定され、各懸架
部材７Ａ，７Ｂ，７Ｃの上方水平部分にはそれぞれ剛体
部材４Ａ，４Ｂ，４Ｃの断面サイズよりも十分に大きな
径の貫通穴が成形され、各剛体部材４Ａ，４Ｂ，４Ｃは
その貫通穴を通して鏡筒保持コラム６と結合される。
【００２９】そして各懸架部材７Ａ，７Ｂ，７Ｃの上方
水平部分と各荷重印加部３Ａ，３Ｂ，３Ｃとの間には、
一体化された定盤８と懸架部材７Ａ，７Ｂ，７ＣとのＸ
Ｙ平面内での２次元移動を許容する可動支承機構として
の流体軸受部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ（図１では５Ｃを省略）
が設けられる。この流体軸受部５Ａ，５Ｂ，５Ｃは各剛
体部材４Ａ，４Ｂ，４Ｃを貫通するような円環状に形成
され、その下面と各荷重印加部３Ａ，３Ｂ，３Ｃの上端
面との間、若しくは流体軸受部５Ａ，５Ｂ，５Ｃの上面
と各懸架部材７Ａ，７Ｂ，７Ｃとの間に圧搾空気による
数μｍ以下のエアベアリング層が形成される。
【００３０】従って、ステージ１０とその駆動機構（ガ
イドやリニアモータ等）を含む定盤８と懸架部材７Ａ，
７Ｂ，７Ｃとの総重量は、流体軸受部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ
を介して荷重印加部３Ａ，３Ｂ，３Ｃに分配されて印加
されるとともに、定盤８と各懸架部材７Ａ，７Ｂ，７Ｃ
は、流体軸受部５Ａ，５Ｂ，５Ｃの作用によって殆ど摩
擦の無い状態でＸ，Ｙ方向とθ（Ｚ軸回りの回転）方向
とに自由に微動することができる。
【００３１】また図１において、鏡筒保持コラム６の中
央には投影結像系ＰＬを貫通支持する開口が形成され、
鏡筒外部に設けられたフランジＦＲによって、ステージ
１０上に吸着固定されるウェハの表面と結像系ＰＬの最
良結像面とのＺ方向（光軸ＡＸ方向）の間隔が一定にな
るように結像系ＰＬが鏡筒保持コラム６に固定される。
そして鏡筒保持コラム６の上には、フレーム状の本体コ
ラム１２Ａ，１２Ｂ等が設けられ、その上にはレチクル
ステ−ジベ−ス１４が固定される。
【００３２】レチクルステ−ジベ−ス１４の上には、走
査露光の方向に関して運動量保存則に従って移動する一
対のレチクルステ−ジ１６とカウンター可動体としての
可動バランサー１５とが設けられ、レチクルステ−ジ１
６の上にはウェハに転写すべき回路パターンを備えたレ
チクル基板（マスク原版）が、光軸ＡＸと垂直になるよ
うに吸着保持される。このため、鏡筒保持コラム６と本
体コラム１２Ａ〜１２Ｃとは（第３の定盤部材）は、レ
チクル基板（マスク原版）が投影結像系ＰＬの物体面に
位置するようにレチクルステ−ジベ−ス１４を支持して
いることになる。
【００３３】マスク用のレチクルステ−ジ１６の上方に
は、露光時に照明光（水銀ランプからのｉ線やエキシマ
レーザ光源からのパルス紫外線等）をレチクルに照射す
るための照明系１８内のコンデンサーレンズ１８Ａが、
光軸ＡＸと同軸に配置される。尚、運動量保存則を利用
したレチクルステージの具体的な構造の一例は、例えば
特開平８−６３２３１号公報に開示されており、図1の
投影型露光装置ではそのような従来の構造を使うものと
する。
【００３４】アライメント系ＶＲＡ１は、レチクルステ
−ジ１６上のレチクルに形成されたアライメントマーク
を光電的に検出して、レチクルの中心点と投影結像系Ｐ
Ｌの投影視野とのＸＹ方向の位置関係と、レチクルのＺ
軸回りの微少回転とを計測することによって、レチクル
をアライメントするために使われる。さらにレチクルス
テ−ジ１６の座標位置を計測するレーザ干渉計のビーム
スプリッタ部（干渉ビームの生成素子）がレチクルステ
−ジベ−ス１４又は本体コラム１２Ａ，１２Ｂに取付け
られる場合は、アライメント系ＶＲＡ１もレチクルステ
−ジベ−ス１４又は本体コラム１２Ａ，１２Ｂに取付け
られる。また照明系１８の少なくともコンデンサーレン
ズ１８Ａ等も、鏡筒保持コラム６上に構築された本体コ
ラム１２Ａ，１２Ｂによって支持される。
【００３５】図２は、図１中の防振マウント２Ａ、荷重
印加部３Ａ、剛体部材４Ａ、流体軸受部５Ａ、懸架部材
７Ａ、及び鏡筒保持コラム６の構成を詳細に示した部分
断面図であり、剛体部材４Ａのほぼ中心を通るＺ軸と平
行な垂線Ｑ１は、鏡筒保持コラム６から防振マウント２
Ａ（荷重印加部３Ａ）に加わる荷重位置と、懸架部材７
Ａから防振マウント２Ａ（荷重印加部３Ａ）に加わる荷
重位置とを表している。
【００３６】防振マウント２Ａ内部の下側には、フィー
ドフォワード制御又はフィードバック制御によって荷重
を支持する空圧マウント２Ａ１が設けられ、空圧マウン
ト２Ａ１の上部と荷重印加部３Ａの下部との間には複数
の高剛性の柱状部材２Ａ３，２Ａ４が設けられる。これ
によって、荷重印加部３Ａと剛体部材４Ａの両方から下
向きに加わる荷重が変化したときは、それに応じて空圧
マウント２Ａ１内の空気圧が電磁弁の開閉によって調整
され、荷重印加部３Ａは防振マウント２Ａの内壁に設け
られた直線スライダー部３Ａ２に沿って上下動し、Ｚ方
向の高さ位置をほぼ一定に保つように駆動される。
【００３７】防振マウント２Ａの内部の底部から空圧マ
ウント２Ａ１の運動を阻害しないように立設された台座
２Ａ２と荷重印加部３Ａの下面との間には、Ｚ方向の推
力を発生して荷重印加部３Ａを上下動させる非接触式の
電磁アクチュエータ（ボイスコイル型モータ）２Ａ５が
設けられ、このアクチュエータ２Ａ５はステージ１０の
移動指令情報（移動目標位置、加速度、又は速度）を入
力値とするフィードフォワード制御回路によって駆動さ
れる。
【００３８】以上により、荷重印加部３Ａに加わる荷重
変動のうちで、比較的に周期の長い成分（例えば１Hz程
度）については空圧マウント２Ａ１によって荷重印加部
３Ａの高さ位置を一定に制御し、荷重の変動周期が短い
成分（空圧マウント２Ａ１の応答周波数よりも高い周波
数領域）については電磁アクチュエータ２Ａ５によって
荷重印加部３Ａの高さ位置を一定に制御するというデュ
アル駆動方式のアクティブ・バイブレーション・アイソ
レート・システム（ＡＶＩＳ）が構成される。
【００３９】さて、荷重印加部３Ａの上部には、流体軸
受部５ＡをＸ，Ｙ，θ方向に滑らかに移動させるための
ガイドプレート３Ａ１が固着されている。このガイドプ
レート３Ａ１の上面と流体軸受部５Ａの下側のパッド面
とはミクロンオーダーで研磨された平坦面とされ、これ
らガイドプレート３Ａ１と流体軸受部５Ａは好ましくは
ファインセラミック材、又は金属の表面にＣＶＤ法によ
りセラミック層を数十μｍ程度の厚みで成長させた複合
材で構成される。
【００４０】本実施例の場合、流体軸受部５Ａは、図２
に示すように剛体部材４Ａを所定のクリアランスを持っ
て貫通させるような円環状に形成され、剛体部材４Ａが
通る懸架部材７Ａの貫通穴７Ａ１の下側に同軸に固定さ
れる。従って、剛体部材４Ａの直径をＤ１とし、貫通穴
７Ａ１の径（又は流体軸受部５Ａの内径）をＤ２（Ｄ２
＞Ｄ１）としたとき、中立位置からの懸架部材７Ａと定
盤８のＸ，Ｙ方向に関する最大の移動幅±ΔＤは、ΔＤ
＝（Ｄ２−Ｄ１）／２となる。
【００４１】以上の図１、図２の構成から明らかなよう
に、本実施例では鏡筒保持コラム６はステージ１０やリ
ニアモータ９Ａ等を含む定盤８を懸架していないため、
保持コラム６にはステージ１０の移動による重心変動に
伴った歪み応力の発生が皆無となり、結像系ＰＬ自体の
微小な傾斜誤差が低減される。また図１ではレチクルス
テ−ジベ−ス１４を保持する本体コラム１２Ａ，１２Ｂ
は、その荷重を鏡筒保持コラム６上の各剛体部材４Ａ〜
４Ｃによる支持点の内側に印加するようになっている
が、これはレチクル用のレチクルステ−ジ１６と可動バ
ランサー１５とによって運動量保存則を実現するように
構成したためである。
【００４２】即ち、レチクルステ−ジベ−ス１４上でレ
チクルステ−ジ１６が高速移動しても、運動量保存則が
ある程度成り立っていれば、レチクルステ−ジ１６の移
動に応じて可動バランサー１５がレチクルステ−ジ１６
の移動方向とは逆方向に移動するので、レチクルステ−
ジベ−ス１４上の構造体の重心位置は殆ど変化しないこ
とになり、複数の本体コラム１２Ａ，１２Ｂの各々から
鏡筒保持コラム６に加わる荷重も、レチクルステ−ジ１
６の移動位置によらず常に一定となる。この結果、保持
コラム６と本体コラム１２Ａ，１２Ｂの両方に対して不
要な応力（モーメント）を発生させることが無くなり、
機械的な歪みに起因した精度劣化を防止することができ
る。
【００４３】逆に、レチクル用のステージ構造に運動量
保存則を使わない従来のリアクションフレーム方式、又
は走査移動用のリニアモータの固定子をベース１４に載
置した方式等を採用する場合は、本体コラム１２Ａ，１
２Ｂの各々の鏡筒保持コラム６への荷重印加部を、ＸＹ
平面内において防振マウント２Ａ〜２Ｃの各剛体部材４
Ａ〜４Ｃの位置とほぼ一致させることで、保持コラム６
に極力曲げ応力を発生させないような構造にすることが
望ましい。
【００４４】図３は、図１と図２に示したステージ装置
の荷重分配の様子を模式的に表わした図であり、そこに
は図１で省略した防振マウント２Ｃと懸架部材７Ｃの配
置も示されている。また図３中のステージ１０の裏側に
は、図１中のリニアモータ９Ａと対をなすリニアモータ
９Ｂも示される。図３のように、定盤８の上で移動する
ステージ１０を含む可動体の総重量をＭ１とし、定盤８
と３ヶ所の懸架部材７Ａ〜７Ｃ、定盤８上に構築される
リニアモータ９Ａ，９Ｂ、及び固定ガイド等を含む静止
構造体（床１に対しては可動なので静止とは言えない
が、ステージ１０を含む可動体との対比から便宜上で静
止とする）との合計の総重量をＭ２としたとき、その静
止構造体が床面１に対してＸＹ方向に全く変位しない従
来の構造では、総重量Ｍ２の重心Ｇ２がＸＹ方向、Ｚ方
向に殆ど変位しないが、可動体の総重量Ｍ１の重心Ｇ１
は、ステージ１０の移動に伴ってＸＹ方向に大きく変位
する。
【００４５】このため、３ヵ所の荷重印加部３Ａ〜３Ｃ
を介して各防振マウント２Ａ〜２Ｃに作用する荷重は、
位置変数ｋ１，ｋ２，ｋ３を０＜ｋ１＜１，０＜ｋ２＜
１，０＜ｋ３＜１であって、ｋ１＋ｋ２＋ｋ３＝１とす
ると次のように表わされる。 マウント２Ａ： （Ｍ１＋Ｍ２）／３・ｋ１ （１） マウント２Ｂ： （Ｍ１＋Ｍ２）／３・ｋ２ （２） マウント２Ｃ： （Ｍ１＋Ｍ２）／３・ｋ３ （３） 位置変数ｋ１，ｋ２，ｋ３は、ステージ１０の移動位置
座標を入力情報とするマトリックス演算により逐次（例
えば10mS毎に）決定され、さらに上記の式（１）〜
（３）の各々に各変数ｋ１〜ｋ３を代入することで、各
防振マウント２Ａ〜２Ｃで受け持つべき偏荷重を算出し
て、図２に示した電磁アクチュエータ２Ａ５（及び２Ｂ
５，２Ｃ５）の駆動や空圧マウント２Ａ１（及び２Ｂ
１，２Ｃ１）の流量制御が行なわれる。
【００４６】しかしながら、定盤８を含む静止構造体を
図２のような構成によって各防振マウント２Ａ〜２Ｃ上
でＸＹθ方向に自由に移動し得るようにし、ステージ１
０を含む可動体との間で運動量保存則が成り立つように
すると、図３に示したステージ装置の全体の重心位置は
ほとんど変化せず、位置変数ｋ１，ｋ２，ｋ３は互いに
ほぼ一定の数値（具体的には約1/3）に安定化されるこ
とになる。
【００４７】また本実施例の場合、定盤８上のステージ
１０を含む可動体全体の重心Ｇ１の高さ位置は、定盤８
とその上の静止物、及び懸架部材７Ａ〜７Ｃによって構
成される静止構造体全体の重心Ｇ２の高さ位置とほぼ等
しくなるように設定されている。さらに本実施例では、
各防振マウント２Ａ〜２Ｃの荷重印加部３Ａ〜３Ｃの高
さ位置も、各重心Ｇ１，Ｇ２の高さ位置と揃えるように
した。これは、ステージ１０の加減速時に定盤８側が受
ける瞬間的な反力によって、定盤８や懸架部材７Ａ〜７
Ｃ等で構成される静止構造体全体がＸＹ面内でニュート
ン第三法則（反作用）に従った回転モーメント（Ｚ軸回
りのθモーメント）を受けるとき、それに付随して瞬間
的に生じ得るＸ軸回り、又はＹ軸回りの大きなモーメン
ト（パルシブな反力）を抑制するためである。
【００４８】さて、以上の図３のような構成において、
定盤８上で運動するステージ１０を含む可動体の総重量
Ｍ１と、定盤８、懸架部材７Ａ〜７Ｃ、リニアモータの
固定子等で構成される静止構造体の総重量Ｍ２との比は
極力大きな方が望ましく、一例として可動体の総重量Ｍ
１が２５〜４０Kg程度の場合、可動カウンター・マスと
しての静止構造体の総重量Ｍ２は３００〜５００Kg程度
に設定される。
【００４９】本実施例の場合、ステージ１０を含む可動
体と定盤８や懸架部材７Ａ〜７Ｃ等を含む静止構造体と
の間には、極力運動量保存則が働くように構成されてい
るので、可動体が速度Ｖ１でＸＹ面に沿ったある方向に
移動すると、定盤８や懸架部材７Ａ〜７Ｃ等を含む静止
構造体は、それと逆方向に速度Ｖ２＝Ｍ１／（Ｍ２・Ｖ
１）で、移動時間ｔに応じた距離ΔＳ（≒Ｖ２・ｔ）だ
け移動する。
【００５０】例えば、ステージ１０が速度250mm/Sでフ
ルストロークを移動したとき、３秒かかるものとする
と、静止構造体の移動速度Ｖ２は、12.5（25/500・250）
mm/S〜33.3（40/300・250）mm/S程度となり、その移動距
離ΔＳは37.5〜100mm程度になる。定盤８や懸架部材７
Ａ〜７Ｃ等を含む静止構造体が中立位置にあり、ステー
ジ１０もフルストロークの半分の位置にあるものとする
と、静止構造体の移動距離ΔＳの幅は約±19〜±50mmと
なる。
【００５１】この距離ΔＳの幅は、先に説明した剛体部
材４Ａ（４Ｂ，４Ｃ）の直径Ｄ１と懸架部材７Ａの貫通
穴７Ａ１の径Ｄ２との関係で決まる最大移動幅±ΔＤの
範囲内に設定される。従って、例えばステージ１０を含
む可動体の重量Ｍ１を軽量化により25Kg程度にし、定盤
８と懸架部材７Ａ〜７Ｃ等を含む静止構造体の重量Ｍ２
を500Kg程度にすると、最大移動幅±ΔＤとして±20mm
程度を見込んでおけば良いことになる。
【００５２】尚、静止構造体に外部（床１）からＸＹ方
向の力を加える別のアクチュエータを設けるとともに、
ステージ１０のフルストローク内のどの位置においても
運動量保存則を成立させるのではなく、特にステージ１
０の加減速時にだけ運動量保存則を成立させ、ステージ
１０の等速移動時には必ずしも運動量保存則が成り立た
ないような構成にすると、定盤８と懸架部材７Ａ〜７Ｃ
等を含む静止構造体の最大移動距離ΔＳを少なくするこ
とができる。それについては後で詳しく説明する。
【００５３】図４〜図６は、図１〜３に示したステージ
装置の組み立て方法の一例を示す斜視図であり、本実施
例では、まず図４のように３つの防振マウント２Ａ〜２
ＣをＸＹ平面内でほぼ正三角形、或いは二等辺三角形に
配置し、流体軸受部５Ａ，５Ｂ，５Ｃをそれぞれ防振マ
ウント２Ａ〜２Ｃのガイドプレート３Ａ１，３Ｂ１，３
Ｃ１上に設置し、さらにその上から定盤８と懸架部材７
Ａ〜７Ｃとの一体化された構造物を降下させて、各剛体
部材４Ａ，４Ｂ，４Ｃが懸架部材７Ａ〜７Ｃの各貫通穴
７Ａ１〜７Ｃ１の中央を通るように組み合わされる。
尚、定盤８の表面８Ａは、ステージ１０の下面に設けら
れたエアベアリングによる滑らかな移動を保証する面精
度（例えば10■角の範囲で±１μｍ以内の平坦度）に研
磨加工されており、定盤８の一部分にはステージ１０の
駆動源となるリニアモータの固定子や固定ガイド等を取
付けるためのネジ穴や凹部も形成されている。
【００５４】図５は、図４のようにして組み立てられた
定盤８の上に、ステージ１０やリニアモータ等を組み付
けた状態を表わし、ここでは３つのリニアモータ９Ａ，
９Ｂ，３６を使ったエアガイドステージ装置を一例に説
明する。この図５のようなステージ装置は、例えば特開
昭61-209831号公報や特開平8-233964号公報に詳細に開
示されているので、ここではその構造を簡単に説明す
る。
【００５５】定盤８にはＹ方向に延びた固定ガイド３０
が固定され、固定ガイド３０のＹＺ面と平行な面と定盤
８の表面８Ａにはエアベアリングを介してＹ方向に移動
案内されるＹスライダー部３２が対峙し、Ｙスライダー
３２にはＸ方向に延びた可動ガイド部３４が固定され
る。可動ガイド３４はその下面と定盤８の表面８Ａとの
間に設けられたエアベアリングによって、その自重を支
えられる。
【００５６】また可動ガイド３４は、ＸＺ面と平行な面
をガイド面としてステージ１０をＸ方向に移動させるよ
うにガイドするが、ステージ１０には下部ステージ部１
０Ｂが取付けられ、下部ステージ部１０Ｂには表面８Ａ
と可動ガイド３４のガイド面との各々に対峙するエアベ
アリングが設けられる。従ってステージ１０，１０Ｂは
Ｙ方向を可動ガイド３４に拘束されて、可動ガイド３４
とともにＹ方向に移動する。
【００５７】さらに可動ガイド３４の内部には、ステー
ジ１０，１０Ｂ側に設けられた可動子としての永久磁石
と磁気的に結合するリニアモータ３６のコイル列が設け
られ、このリニアモータ３６の駆動によりステージ１
０，１０Ｂは可動ガイド３４に沿ってＸ方向に移動す
る。また可動ガイド３４とＹスライダー３２には、結合
部材３３を介してリニアモータ９Ａ，９Ｂ（ここでは固
定子としてのコイル列）と磁気的に結合する可動子３７
Ａ，３７Ｂとしてのマグネットが取付けられる。そして
各リニアモータ９Ａ，９Ｂ（コイル列のケース）は固定
部材３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄ（３８Ｂは懸架部
材７Ｂの影で見えない）を介して定盤８に固定される。
このようなステージ装置のステージ１０の上には、真空
吸着や静電吸着による基板ホルダーを介してウェハＷが
保持される。
【００５８】以上のステージ装置の組み立て構造におい
て、露光装置をステップアンドスキャン方式にする場合
は、図１のレチクルステ−ジ１６上に載置されるレチク
ルをＸ方向に走査移動させるとともに、ウェハＷを載置
するステージ１０，１０ＢもＸ方向に走査移動させるこ
とになる。その際、ステージ１０のＸ方向の移動に伴っ
て可動ガイド３４に生じる反力は、Ｙスライダー３２を
経て固定ガイド３０と定盤８に伝わる。
【００５９】もちろん、ステージ１０をＹ方向に移動さ
せる場合は、Ｙスライダー３２と可動ガイド３４とがス
テージ１０と一体となって運動し、それによってリニア
モータ９Ａ，９Ｂ（固定子としてのコイル列）に生じる
反力は固定部材３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄを経て
定盤８に伝わる。これらの反力はＸ方向とＹ方向に純粋
に分離して生じることもあれば、合成された方向に生じ
ることもある。いずれの方向に反力が発生しても、本実
施例ではそれらの反力を全て定盤８で受ける構造となっ
ている。先に述べた通り、定盤８は3ヵ所の防振マウン
ト２Ａ〜２Ｃに対して中立位置からＸＹ方向とθ方向と
に自由に動けるようになっているので、与えられた反力
の大きさと定盤８を含む静止構造体全体の重量とに応じ
た量だけ中立位置から変位したり、微少回転したりす
る。
【００６０】このようにステージ１０，１０Ｂの単独の
移動、又はステージ１０，１０Ｂと可動ガイド３４との
一体的な移動によって定盤８に生じる反力エネルギー
は、定盤８を含む静止構造体全体の運動エネルギーに転
換され消費される。このため、ステージ１０の２次元移
動によらず、反力による不要な振動の発生が激減される
とともに、定盤８上の可動体と定盤８を含む静止構造体
との両方で決まる全体の重心位置はほとんどずれること
がない。
【００６１】このため、各防振マウント２Ａ〜２Ｃ内の
空圧マウント２Ａ１〜２Ｃ１や電磁アクチュエータ２Ａ
５〜２Ｃ５の制御精度の向上が見込まれる。それは、図
３で説明したように、運動量保存則がそこそこに成り立
っていれば可動体の重心Ｇ１と静止構造体の重心Ｇ２と
の位置関係が相対的に変化しても、それら可動体と静止
構造体の両方で決まる全体の重心位置はほとんど変化し
ないと言う物理現象に起因し、レチクル用のレチクルス
テ−ジ１６も運動量保存則を利用する構造にしておけ
ば、図３、及び先の式（１）〜（３）で表わした位置変
数ｋ１，ｋ２，ｋ３の各値が大きく振り分けられること
がなくなり、ほぼｋ１≒ｋ２≒ｋ３≒1/3で安定するか
らである。
【００６２】図６は、図５に示した状態のステージ装置
の上に、図１に示した鏡筒保持コラム６を組み付ける様
子を表わした斜視図であり、鏡筒保持コラム６の平面外
形は全体的に三角形（厳密には六角形）となっており、
その各頂点付近の裏面で防振マウント２Ａ〜２Ｃの各々
の剛体部材４Ａ〜４Ｃとリジッドに結合される。この
際、鏡筒保持コラム６の下面と各懸架部材７Ａ〜７Ｃの
上面との間には、僅かな隙間（例えば数mm〜数cm程度）
が維持されるように配置される。
【００６３】鏡筒保持コラム６の中央部には、投影結像
系ＰＬが貫通するよう円形開口６Ａが形成され、その開
口６Ａの周囲には図１に示したフランジＦＲが固定され
る固定部６Ｂが設けられ、フランジＦＲと鏡筒保持コラ
ム６とは３本の係止ピン６Ｃにより相互に位置決めされ
る。フランジＦＲの固定部６Ｂ内には、投影結像系ＰＬ
の鏡筒と保持コラム６との間での熱伝導を低減させるた
めに、結像系ＰＬの鏡筒と同じ温度に精密制御されたク
ーラント（液体または気体）を循環させる温度調整機構
が設けられている。
【００６４】また鏡筒保持コラム６は、モノリシックな
定盤状の鉄製の鋳物としてもよいが、必要な剛性が得ら
れるのであれば、軽量化のためにハニカム構造のような
肉抜きを施したり、リブフレーム構造とすることがで
き、場合によってはアルミニウムやジュラルミン等の軽
金属の表面にセラミック層やカーボングラファイト層を
積層させた複合材料を成形したものでもよい。さらに本
実施例のような装置構成にすると、鏡筒保持コラム６に
はステージ１０の移動に伴う応力変化、即ち機械的な歪
みが全く生じないので、そこに干渉計の光学ユニット
（ビームスプリッタ等の干渉部）を取付けることで、ス
テージ１０の位置を極めて正確に、且つ安定に計測する
ことができる。
【００６５】図７は、図１〜図６に示されたウェハＷ側
のステージ装置に好適なレーザ干渉計の配置を模式的に
示し、図７は鏡筒保持コラム６の下面側にレーザ干渉計
の干渉用光学ユニット４２Ｘ，４２Ｙ（４２Ｙは不図
示）を固定した場合を表わし、その他図１〜６中の部材
と同じ部材には同一の符合、番号を付けてある。
【００６６】図７において、投影結像系ＰＬの鏡筒下部
には干渉計用の基準鏡（固定鏡）ＭＲｘ，ＭＲｙが固定
され、可動ステージ１０の側面部には移動鏡ＭＸ，ＭＹ
が取り付けられ、特に可動ステージ１０（及び１０Ｂ）
のＸ方向の移動量、θ方向の微小回転量としてのヨーイ
ング量、Ｙ軸回りの微少傾斜としてのピッチング量等
は、鏡筒保持コラム６の下側に懸架された干渉計用光学
ユニット４２Ｘから各鏡ＭＸ，ＭＲｘに向けて計測用ビ
ームＢｍｘ（複数本）と基準ビームＢｒｘ（複数本）を
投射することで計測される。
【００６７】干渉計用光学ユニット４２Ｘ内には、計測
用ビームＢｍｘの移動鏡ＭＸからの反射ビームと基準ビ
ームＢｒｘの基準鏡ＭＲｘからの反射ビームとを合成し
て干渉させる偏光ビームスプリッタ、各種の偏光板や検
光子、光電的なレシーバー（複数個）等が設けられる。
これらのレシーバーは、可動ステージ１０のＸ方向の移
動座標位置を表わす信号を出力する第1のレシーバー、
ヨーイング量を表わす信号を出力する第２のレシーバ
ー、ピッチング量を表わす信号を出力する第３のレシー
バーの少なくとも３個で構成される。
【００６８】一方、可動ステージ１０のＹ方向の移動座
標位置、Ｚ軸回りの微少回転であるヨーイング量、Ｘ軸
回りの微少回転であるローリング量は、移動鏡ＭＹと参
照鏡ＭＲｙの各々に計測ビームと参照ビームを投射し、
その反射ビームを受ける干渉計用光学ユニット４２Ｙ
（図７では省略）によって同様に計測される。また鏡筒
保持コラム６の下側にはウェハＷ上に形成されたアライ
メントマークの拡大像を光電的に検出するアライメント
光学系ＦＩＡが取り付けられ、その対物レンズの鏡筒付
近にはＦＩＡ専用干渉計のための固定鏡ＭＦｙが固定さ
れている。
【００６９】以上で説明した各干渉計用光学ユニット４
２Ｘ，４２ＹやＦＩＡ専用干渉計用の光学ユニットの各
々は、鏡筒保持コラム６の上に設置された周波数安定化
レーザ光源４０からのレーザ光を導光用のパイプ４１等
を介して導入する。また各基準ビームＢｒｘ（Ｂｒｙ）
等は、各光学ユニット４２Ｘ，４２Ｙと各参照鏡ＭＲ
ｘ，ＭＲｙとの距離が常に一定であるため、空調化され
たパイプダクトによって密閉してもよい。
【００７０】図７からも明らかなように、本実施例のよ
うに定盤８や可動ステージ１０等の荷重は鏡筒保持コラ
ム６には全く作用しないので、その保持コラム３の干渉
計用光学ユニット４２Ｘ，４２Ｙの懸架部分、アライメ
ント光学系ＦＩＡの取り付け部分、或いはウェハＷの表
面に斜め方向から非感光性のスリット光を投射する斜入
射光式のフォーカス検出光学系の取り付け部分は、可動
ステージ１０の移動に伴う偏荷重による応力歪みの影響
を受けることがなく、極めて安定で高精度な計測や検出
が可能となる。
【００７１】また鏡筒保持コラム６には偏荷重による応
力歪みが原理的に発生しないので、投影結像系ＰＬの光
軸ＡＸとアライメント光学系ＦＩＡの光軸とのＸＹ面内
における機械的な間隔、所謂ベースラインも安定したも
のとなり、その結果ウェハＷ上の複数のショット領域に
付随したマークの位置や位置ずれを、可動ステージ１０
を移動させてアライメント系ＦＩＡにより順次検出する
ＥＧＡ法を適用する場合でも、その位置検出の精度や再
現性が向上し、位置合わせ精度、重ね合せ精度が向上す
ると言った利点が得られる。
【００７２】尚、今までの図１〜６では示していなかっ
たが、図７中には可動ステージ１０上に載置されるウェ
ハＷや基準マーク板ＦＭをＺ方向に並進移動させたり、
Ｘ軸回りとＹ軸回りとに微少傾斜させたりするための３
個のＺアクチュエータＺＡ１，ＺＡ２，ＺＡ３（ＺＡ３
は省略）が下部ステージ１０Ｂに設けられ、下部ステー
ジ１０Ｂの下にはエアベアリング用の複数のパッドＰＤ
１，ＰＤ２…が設けられている。 ≪第２の実施形態≫以上の図１〜７で説明した第1実施
例では、定盤８と懸架部材７Ａ〜７Ｃが可動ステージ１
０や可動ガイド部材３４の移動反力によってＸ，Ｙ，θ
方向に自由に移動できるようになっている。しかしなが
らそのような構造は、可動体が停止している場合でも、
露光装置全体の僅かな傾斜や床１の僅かな振動等によっ
て定盤８や懸架部材７Ａ〜７Ｃで構成される静止構造体
がＸ，Ｙ，θ方向に僅かずつ変位してしまうと言う不都
合を生じ得る。
【００７３】そこで本実施例では、静止構造体の全体を
あるタイミングで自動的に中立位置に復帰させるオート
マチック・ニュートラル・リターン・システム（ＡＮＲ
ＥＳ）を設け、そのような不都合を解消するようにし
た。図８はＡＮＲＥＳのために、定盤８の周囲３ヶ所の
各々に設けられる電磁アクチュエータの構造と配置の一
例を具体的に示した部分断面図であり、図９はそれらの
３ヶ所の電磁アクチュエータのＸＹ面内での配置を示し
た平面図である。
【００７４】本実施例では図８，９に示すように、防振
マウント２Ａ，２Ｂ，２Ｃの外部筐体と定盤８との間
に、電磁アクチュエータとしてのコイル５０Ａ，５０
Ｂ，５０Ｃと永久磁石５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃを設ける
ようにし、各永久磁石５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃは鉄製の
ヨーク５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃに固定されて、各ヨーク
５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃは防振マウント２Ａ，２Ｂ，２
Ｃの各々と対向した定盤８の端部に固定される。
【００７５】各コイル５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃは、対応
する永久磁石５２Ａ，５２Ｂ，５２ＣとＺ方向に関して
所定のギャップを保つように防振マウント２Ａ，２Ｂ，
２Ｃの外部筐体に固定され、コイル５０Ａ，５０Ｂ，５
０Ｃの各々はその駆動電流に応じて、図９中の矢印で示
した推力ＰＦａ，ＰＦｂ，ＰＦｃを発生する。このとき
各推力ＰＦａ，ＰＦｂ，ＰＦｃの方向は定盤８や懸架部
材７Ａ〜７Ｃ等を含む静止構造体のＸＹ面内におけるほ
ぼ重心Ｇ２を通る線上に設定される。
【００７６】従って定盤８等を含む静止構造体が中立位
置からＸＹ方向に変位したり、θ方向に微少回転したり
した場合、３ヶ所のコイル５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに所
定の駆動電流を供給すると、対応する永久磁石５２Ａ，
５２Ｂ，５２Ｃはいずれも重心Ｇ２に向う方向、又は重
心Ｇ２から遠ざかる方向のローレンツ力（ニュートン第
３法則に従った推力）ＰＦａ，ＰＦｂ，ＰＦｃを発生
し、定盤８は中立位置（及び中立回転位置）まで復帰す
る。
【００７７】ところで、図９のように定盤８の周囲３ヶ
所にほぼ１２０°間隔で電磁アクチュエータを設けるこ
とは、例えば米国特許第5,172,160号に開示されてい
る。しかしながら、その米国特許に開示の電磁アクチュ
エータは、ステージの移動で定盤に生じる反力によって
横方向やθ方向に発生する振動成分（急峻な反力成分）
を相殺する補償力を発生させる目的で設けられたもので
あり、本実施例で意図したような復帰の目的を果たすも
のではない。
【００７８】従って、本実施例で用いる電磁アクチュエ
ータの各コイル５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに駆動電流を供
給するＡＮＲＥＳ用駆動制御ユニットには、各種のセン
サー類からの信号に基づいた積分型のフィードバック制
御系が組み込まれるだけで、原理的にフィードフォワー
ド制御は不要である。そのためＡＮＲＥＳ用駆動制御ユ
ニットは、定盤８や懸架部材７Ａ〜７Ｃ等を含む静止構
造体が中立位置（及び中立回転位置）に対して大きく変
位しているときは各コイル５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに大
きな駆動電流を供給し、その定常変位がわずかなとき、
或いは静止構造体が反力によって急激に加減速運動して
いる間は各コイル５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに少しの駆動
電流を供給するように働く。
【００７９】図１０は、ＡＮＲＥＳ駆動制御ユニットの
回路ブロックの一例を示し、主制御回路６０内には８ビ
ット系（又は１６ビット系）のＣＰＵが組み込まれ、各
種センサー類からの信号処理と各コイル５０Ａ，５０
Ｂ，５０Ｃへの駆動電流の目標値の演算等を行なう。ま
たセンサー類としては、定盤８（静止構造体）の中立位
置から変位をＸＹ方向の２次元に計測するとともに、定
盤８の中立状態からの回転変位量を計測するシステムと
しての２次元エンコーダシステム６２と、ステージ移動
の反力によって発生する定盤８の加減速を計測する速度
センサー（または加速度センサ−）６３等が設けられ
る。
【００８０】２次元エンコーダシステム６２は、一例と
して図６に示した鏡筒保持コラム６と各懸架部材７Ａ〜
７Ｃとの間に設けられるが、ここでは懸架部材７Ａ，７
Ｂの２つの位置でＸ方向の相対位置ずれを計測する２つ
のリニアエンコーダと、懸架部材７Ｃの位置でＹ方向の
位置ずれを計測する１つのリニアエンコーダとの３つで
構成され、それら３つのリニアエンコーダはいずれも同
じ構造のものとする。
【００８１】図１１は、そのリニアエンコーダのうちＸ
方向の位置計測を行うエンコーダの具体的な構成を示し
たもので、ここではインクリメント型で光学計測を行な
うものとし、測長用の固定スケール板１００のスケール
ピッチは0.1mm程度、計測ストロークは静止構造体の可
動範囲をカバーする50■程度とする。この固定スケール
板１００のスケールは反射タイプとし、デューティ５０
％のラインとスペースのうち何れか一方の反射率は極め
て大きくし、他方の反射率は極めて小さくしたもので構
成され、その表面には透明度の高い樹脂やガラスによる
カバー層が防塵のために積層されている。
【００８２】このスケール板１００は、例えば図６に示
した懸架部材７Ａの上端部にカバー層が上向きになるよ
うに、所定の取付け台座１０１を介して固着される。一
方、スケール板１００上に２本の集光ビームＢ１，Ｂ２
（半導体レーザ光源と小レンズ群により作られる楕円ス
ポット状）を位相差が９０°となるように垂直に投射す
る送光部１０２Ａと、各ビームの固定スケール１００で
の反射光をビームスプリッタを介して個別に光電検出す
る受光部１０２Ａとを備えた検出ユニット１０２は、鏡
筒保持コラム６の対応する位置に形成された開口部内に
設置される。
【００８３】図１１に示すように、固定スケール板１０
０に刻設されるライン＆スペース状のスケールは計測方
向（Ｘ方向）に50mm程度の範囲に渡って形成されるが、
非計測方向（Ｙ方向）についても50mm程度の長さを有し
ている。これは、１つのリニアエンコーダが原則的に計
測方向（スケールピッチ方向）にしか位置計測できない
のに対し、被計測対象である静止構造体（定盤８と懸架
部材７Ａ〜７Ｃ等を含む）は２次元のＸＹθ方向に運動
し得るからである。
【００８４】さて、検出ユニット１０２内の２つの光電
検出器１０５Ａ，１０５Ｂからは位相差が９０°となる
ような正弦波状の２相信号ＳＳ１，ＳＣ１が出力され、
２相信号ＳＳ１，ＳＣ１はデジタル処理回路１０６内の
ハードウェアロジック回路群によって２値化信号に変換
され、パルス化回路によって固定スケール板１００と検
出ユニット１０２（即ち集光ビームＢ１，Ｂ２）との相
対的な位置変化とＸ方向の正負とに応じたアップ・ダウ
ンパルスに変換される。
【００８５】デジタル処理回路１０６内には、アップ・
ダウンパルスを可逆的に計数するとともに、静止構造体
（定盤８と懸架部材７Ａ〜７Ｃ等を含む）が中立位置又
は中立状態にあるときに零となるデジタルカウンタが設
けられる。このデジタルカウンタの計数値は、そのリニ
アエンコーダが設置されている懸架部材の鏡筒保持コラ
ム６に対する位置変位量（ここではＸ方向の変位量Ｘｅ
１）を表わしている。
【００８６】３つの懸架部材７Ａ〜７Ｃの各々には同様
のリニアエンコーダが設けられているので、各リニアエ
ンコーダのデジタルカウンタの計数値は、図１０中の２
次元エンコーダシステム６２から、２つのＸ方向の変位
量Ｘｅ１，Ｘｅ２と１つのＹ方向の変位量Ｙｅとして常
時出力される。従って、主制御回路６０は各デジタルカ
ウンタからの変位量Ｘｅ１，Ｘｅ２，Ｙｅを、例えば10
mmＳ毎にほぼ同時に読み込み、静止構造体（定盤８と懸
架部材７Ａ〜７Ｃ等を含む）の中立位置からのＸＹ方向
の変位量とθ方向の回転量とを構造体の幾何学的な配置
や寸法等をファクターとした所定の演算式に基づいてほ
ぼ10mmＳ毎に算出する。
【００８７】さらに主制御回路６０は、算出された変位
量と回転量の時間的な平均化（積分処理）を行なう。そ
の積分処理は、電気回路的なローパスフィルター（積分
回路）に相当するものである。10mmＳ毎に算出される変
位量と回転量とが大きく変化する場合は、静止構造体が
急峻に変位しているものと判断して、見かけ上の時間軸
を伸張して積分時定数で決まる変化率を加味した内挿補
間により変位量と回転量とを再演算出力し、10mmＳ毎に
算出される変位量と回転量との各変化分が積分時定数で
決まる変化率よりも小さい場合は、内挿補間の再演算を
することなくそのまま出力するものである。
【００８８】このように再演算処理された変位量と回転
量の各値は、アナログ電気回路における積分信号と同様
な特性を持ち、可動ステージ１０や可動ガイド部材３４
の加減速移動に伴う反力による静止構造体の移動が急峻
であるときはあまり変化せず、その移動が定常的になれ
ば徐々に変化するといった傾向を持つ。主制御回路６０
は、さらに積分化された変位量と回転量の各値に基づい
て、静止構造体（定盤８）を中立状態に復元させるため
に各コイル５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに与えるべき目標電
流値を所定のマトリックス演算（ベクトル計算）により
算出し、その値を出力レジスタ６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃ
に逐次設定する。この設定は、最も短い時間間隔では10
mmＳ毎（最長でも300mmＳ程度が望ましい）に繰り返さ
れる。
【００８９】各出力レジスタ６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃに
設定された目標値は、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変
換回路６５Ａ，６５Ｂ，６５Ｃによってアナログ信号に
変換され、サーボパワーアンプ６７Ａ，６７Ｂ，６７Ｃ
に印加される。サーボパワーアンプ６７Ａ，６７Ｂ，６
７Ｃは設定された目標値に応じた電流出力を各コイル５
０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに与えるようなフィードバック系
として構成され、そのフィードバック信号は各コイル５
０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに流れる電流を電圧に変換する
０．１Ω程度の小抵抗器６８Ａ，６８Ｂ，６８Ｃによっ
て作られる。
【００９０】また、図１０中には速度センサー６３Ａ，
６３Ｂ，６３Ｃからの信号をサーボパワーアンプ６７
Ａ，６７Ｂ，６７Ｃにフィードバックする系も設けられ
ているが、この系は静止構造体が中立位置から大きく変
位していて、各コイル５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに大きな
電流が供給されて静止構造体を復帰移動させる際の速度
安定性を高めるためのものである。
【００９１】各速度センサー６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃ
は、３ヶ所の電磁アクチュエータの各コイル５０Ａ，５
０Ｂ，５０Ｃと対応する永久磁石５２Ａ，５２Ｂ，５２
Ｃとの相対移動速度を検知するものである。そのために
格別の専用センサーを設けてもよいが、図１１のリニア
エンコーダからの計数信号を微分処理する回路、例えば
２次元エンコーダ６２からの計数値Ｘｅ１，Ｘｅ２，Ｙ
ｅをリアルタイムにアナログ値に変換するＤ／Ａ変換回
路とそのアナログ値を微分する回路等を設ければ、その
微分信号の値が速度を表すことになるので、格別のセン
サーを用意する必要がなく、コストダウンになる。
【００９２】以上の構成によって、ＡＮＲＥＳの３つの
電磁アクチュエータが静止構造体（定盤８や懸架部材７
Ａ〜７Ｃ等）に与える中立位置への２次元的な復帰力
は、静止構造体が急峻に変位し得るような場合は極めて
小さく、中立位置からの定常的な変位が大きくなると大
きくなる。この特性は、コイルバネ、エアスプリング、
オイルダンパー等を使った機械的なショックアブソーバ
ーの機能と類似のものであり、本実施例ではそのような
ショックアブソーバーの特性を、電磁アクチュエータの
ソフトウェア（電気回路）制御により実現したものであ
る。
【００９３】従って、ＡＮＲＥＳとしては電磁アクチュ
エータを用いる代りに、それらの機械的なショックアブ
ソーバーを各防振マウント２Ａ〜２Ｃと定盤８との間に
設けてもよい。その場合、最も簡単な構成は各防振マウ
ント２Ａ〜２Ｃの外部筐体と、それと近接した定盤８の
各部分との間に、所定の初期テンションを与えた状態の
コイルバネ等を配置することである。その３ヶ所のコイ
ルバネの各初期テンションによる合力（合成ベクトル）
は、静止構造体が中立位置にあるときはほぼ零となるよ
うに設定されている。
【００９４】ところで、図１０に示したＡＮＲＥＳ制御
ユニットの主制御回路６０は、図７に示した可動ステー
ジ１０や可動ガイド部材３４の移動をつかさどるリニア
モータの駆動を制御する回路ユニットからのステータス
信号ＳＣＳを受信し、その信号ＳＣＳが表す可動ステー
ジの運動制御状態に応じてＡＮＲＥＳ用の電磁アクチュ
エータの駆動制御パターン或いは応答性を変更できるよ
うになっている。
【００９５】先の図７で説明したように、可動ステージ
１０の座標位置は干渉計システムによって鏡筒保持コラ
ム６に対して計測されているので、可動ステージ１０の
移動を干渉計からの位置計測情報に従って位置サーボ制
御している限り、定盤８を含む静止構造体（リニアモー
タの固定子）がＸＹθ方向に微動しても可動ステージ１
０の鏡筒保持コラム６に対する座標位置、即ちレチクル
の投影像に対する相対位置は変動しない。
【００９６】しかしながら、ウェハＷ上の１つのショッ
ト領域に対してレチクルのパターンを精密に同期移動さ
せて走査露光している間、即ちレチクルステージと可動
ステージ１０とを加速させ、等速域にしてからスリット
照明光による照射を行い、その後レチクルステージと可
動ステージ１０とを減速させると言う一連のショット露
光期間中は、極めて高い同期精度が要求されるため、Ａ
ＮＲＥＳによる静止構造体（定盤８）の復帰動作が同時
に行われると、精度劣化が生じることも有り得る。
【００９７】そこで主制御回路６０は、ステータス信号
ＳＣＳに基づいてウェハＷ上のショット領域の走査露光
が行われる期間と、次のショット領域露光のためにウェ
ハＷ（可動ステージ１０）をステッピングさせる期間と
を判別し、走査露光の期間中はＡＮＲＥＳによる復帰動
作を禁止したり、或いはＡＮＲＥＳの駆動系の応答性を
極めて小さく切替える等の付加的な制御を行う。
【００９８】図１２は、主制御回路６０による付加的な
制御のタイミングチャートを模式的に表したものであ
り、ステップアンドスキャン方式で露光している際のレ
チクルステージの速度特性（ａ）、ステータス信号ＳＣ
Ｓに含まれる各ステータスＳＴ１，ＳＴ２（ｂ）、及び
ＡＮＲＥＳの制御特性上での特定の伝達関数（ｃ）とを
表している。
【００９９】図１２の速度特性（ａ）において、横軸は
時間ｔを表し、レチクルは時刻０でスキャン方向（Ｘ方
向）の正方向に加速し始め、時刻ｔ２で一定の速度に達
した後、ほぼ等速度で移動し、時刻ｔ３で減速を開始す
る。その時刻ｔ２とｔ３の間だけ、照明系からスリット
状に制限された露光用照明光がレチクルを照射し、ウェ
ハＷ上の１つのショット領域が走査露光される。時刻ｔ
４からｔ５の間は、ウェハステージとしての可動ステー
ジ１０が次のショット領域の露光のためにステッピング
移動（多くのショットに対してU字状の移動軌跡とな
る）する期間であり、この期間中にレチクルステージは
一時的に静止状態になる。
【０１００】そして可動ステージ１０の次のショット領
域に対する走査露光の開始位置への移動が完了する直前
の時刻ｔ５で、レチクルステージはスキャン方向（Ｘ方
向）の負方向に加速し始め、時刻ｔ６で一定の速度に達
した後、ほぼ等速度で移動し、時刻ｔ７で減速を開始す
る。その時刻ｔ６とｔ７の間だけ、照明系からの露光用
照明光がレチクルを照射し、ウェハＷ上の次のショット
領域が走査露光される。
【０１０１】図１２（ｂ）のように信号ＳＣＳに含まれ
るステータスＳＴ１は照明光が実際にレチクルを照射し
ている状態と、それ以外の非照射の状態とを２値化信号
として表し、ステータスＳＴ２は可動ステージ１０が実
際にステッピングする期間を２値化信号として表してい
る。このステータスＳＴ１，ＳＴ２からわかるように、
可動ステージ１０のステッピング期間（ｔ１以前、ｔ４
〜ｔ５、ｔ８以降）は実際の照射期間が終了した直後で
あって、レチクルステージが減速するのとほぼ同時に始
まるように設定される。
【０１０２】さてＡＮＲＥＳの伝達関数の特性（ｃ）に
示すように、主制御回路６０はステータスＳＴ１，ＳＴ
２に基づいて、ステッピング期間中である時刻ｔ１以
前、時刻ｔ４〜ｔ５の間、及び時刻ｔ８以降はＡＮＲＥ
Ｓ制御系に対して高い応答特性を与える伝達関数ｇｓ2
を設定し、それ以外の期間では低い応答特性を与える伝
達関数ｇｓ1を設定する。
【０１０３】この伝達関数ｇｓ1，ｇｓ2の切替えはＡＮ
ＲＥＳ制御系のサーボ特性の切替え、或いは積分時定数
の切替えに相当するものであり、具体的には各コイル５
０Ａ〜５０Ｃに与える目標駆動電流／変位量の比率の変
更に他ならないが、その切替え範囲はサーボ系の安定領
域内で行われる。また伝達関数ｇｓ1，ｇｓ2の切替えの
際、図１０中の各サーボ・パワーアンプ６７Ａ〜６７Ｃ
内の回路定数やフィードバック信号に対する感度を切替
えるようにしてもよい。
【０１０４】またＡＮＲＥＳの伝達関数の変化カーブ
は、図１０のような矩形波状の他に緩やかなノコギリ波
状、台形波状、疑似正弦波状であってもよく、さらにス
キャン露光中にＡＮＲＥＳの動作を完全に禁止するには
伝達関数（目標駆動電流／変位量の比率）ｇｓ1を零に
すればよい。 ≪第３の実施形態≫図１３は、ウェハステージ装置の他
の構成を示す斜視図であり、本実施例ではステップアン
ドスキャン方式の露光時に、可動ステージ１０のスキャ
ン方向の駆動推力を発生するリニアモータのステータ
（コイル列、或いは磁石列）を、非スキャン方向にステ
ップ移動させることなく連続移動させるようにした。
尚、図１３において先の図５中の部材と同等の部材には
同じ符号を付けてある。
【０１０５】図１３において、定盤８のガイド表面８Ａ
上にはＹ方向に延びた直線固定ガイド部材とリニアモー
タの固定子（例えばコイル列）とを一体にしたスライダ
固定部２００が設けられ、このスライダ固定部２００に
はその固定ガイド部材に従ってＹ方向に往復移動可能に
案内される可動体２０２が係合する。可動体２０２内に
は固定ガイド部材と係合するエアベアリング用のパッド
部とリニアモータの可動子（例えば磁石列）とが取付け
られる。
【０１０６】さらに可動体２０２には、Ｘ方向に延設さ
れた２次元リニアモータの固定子（ここではコイル列と
する）２０４の一端部が、可動ステージ１０の下部ステ
ージ１０Ｂに形成された貫通穴１０Ｃを非接触で通るよ
うに配置され、固定子２０４の他端部は、固定子２０４
自体を定盤８の表面８Ａから一定の高さ位置に支持する
ようなエアベアリング方式の支持体２０６で支えられ
る。
【０１０７】２次元リニアモータの固定子（コイル列）
２０４と磁気的に結合する下部ステージ１０Ｂ内の永久
磁石列は、貫通穴１０Ｃの内壁部の上下に設けられ、固
定子２０４内に配列されたＸ方向（走査露光方向）移動
用のコイル列とＹ方向（非走査方向）移動用のコイル列
との各々に、Ｘ方向とＹ方向の各ローレンツ力、及びθ
方向のローレンツ力を発生させるための磁束を供給す
る。
【０１０８】このような構成において、２次元リニアモ
ータの固定子（コイル列）２０４のＹＺ面における断面
形状と、下部ステージ１０Ｂの貫通穴１０ＣのＹＺ面に
おける開口形状とは、一例として図１４のように設定さ
れている。固定子２０４のＺ方向の厚さは、下部ステー
ジ１０Ｂの貫通穴１０Ｃ内の上下に固定された永久磁石
列２０６Ａ，２０６Ｂの各々と所定の固定子２０４とが
所定ギャップになるように設定される。
【０１０９】さらに固定子２０４のＹ方向（非走査方
向）の幅Ｗａｍは貫通穴１０ＣのＹ方向の幅Ｗｇｍより
も小さく定められている。この図１４では固定子２０４
が貫通穴１０Ｃ内で最も左側に位置した場合を示し、そ
のときにも固定子２０４の左端部と貫通穴１０Ｃの左側
の内壁との間にはＹ方向に所定の間隙Ｇｐａが形成され
るものとする。同様に固定子２０４が貫通穴１０Ｃ内の
最も右側に位置した場合も、固定子２０４の右端部と貫
通穴１０Ｃの右側の内壁との間にはＹ方向に所定の間隙
Ｇｐａが形成されるものとする。これらの間隙Ｇｐａは
ミクロンオーダーで厳密なものではなく、リニアモータ
としての性能を維持し得る程度の範囲が確保できていれ
ばよい。
【０１１０】従って図１４のように固定子２０４が貫通
穴１０Ｃに対して最も左側にあるとき、固定子２０４の
右端と貫通穴１０Ｃの右内壁との間隔をＤａとすると、
固定子２０４と可動ステージ１０とはＹ方向に関して相
対的にΔＹＣ＝Ｄａ−Ｇｐａ（又はΔＹＣ＝Ｗｇｍ−
（Ｗａｍ＋２Ｇｐａ））の範囲で自由に移動できるよう
になっている。
【０１１１】ここで幅Ｗａｍ，Ｗｇｍ、間隔Ｄａの各寸
法、即ち相対的な自由移動範囲ΔＹＣは、想定される露
光１ショット領域の最大のＹ方向寸法、或いは投影結像
系ＰＬが有する像側の投影視野のＹ方向寸法（円形視野
の場合は像側視野の直径）に対して所定の関係を持つよ
うに設定されている。具体的には、１ショット領域のＹ
方向の最大寸法をＨａ（像側の投影視野内に形成される
矩形スリット状露光範囲のＹ方向の長さとほぼ等しい）
とすると、ΔＹＣ＞Ｈａに定められる。
【０１１２】尚、移動範囲ΔＹＣの上限値には特に制限
はないが、定盤８、ガイド部材、各リニアモータ等をコ
ンパクトにするためは、ΔＹＣ≒（Ｈａ＋Ｇｐａ）程度
にするのが望ましく、また図１３中の可動体２０２と固
定子２０４とが一体にＹ方向移動する際の速度をより低
下させたければ、ΔＹＣ＞２Ｈａに定められる。本実施
例のような構造にすることで、可動ステージ１０がＸ方
向に走査移動している間も、固定子２０４をＹ方向にほ
ぼ等速で移動し続けることができ、従来のように可動ス
テージ１０によるＸ方向の走査移動の間、それと直交し
たＹ方向に関しては固定子を停止させておく必要がない
と言った顕著な特徴を有する。
【０１１３】この特徴により、ウェハＷ上にマトリック
ス状に配列される複数のショット領域のうちでＹ方向に
一列に並んでいるショット領域をステップアンドスキャ
ン方式で順次走査露光している間は、可動体２０２と固
定子２０４とを一定速度でＹ方向に移動させることがで
き、その一列中の各ショット領域毎に可動体２０２，固
定子２０４の停止、加速、減速を繰り返すといった大き
な反力発生を伴うステッピング動作が不要になるという
顕著な効果が得られる。
【０１１４】このことについて、さらに図１５を参照し
て説明する。図１５は、下部ステージ１０Ｂ、固定子２
０４、及びウェハＷの各々のＸＹ平面内での配置を模式
的に表わしたものであり、ここではＸＹ座標系の各軸を
ウェハＷの中心を原点として示し、ウェハＷはＸ方向の
径がＳＴｘ、Ｙ方向の径がＳＴｙであり、そのＹ軸上の
周縁部にプリアライメント用の切り欠きとしてのノッチ
Ｎｔを有する。
【０１１５】またウェハＷ上にマトリックス状に区画さ
れた３１個の領域Ｓ１，Ｓ２……，Ｓ３１は、１回のス
キャン動作によって露光される寸法Ｌａ×Ｈａのショッ
ト領域であり、このうちショット領域Ｓ１，Ｓ２……，
Ｓ１５までの１５ショットについては既に走査露光が完
了し、現在ショット領域Ｓ１６が投影結像系ＰＬによっ
て投影されるレチクルパターンのスリット状の実効露光
領域ＰＥＡに対して走査露光されているものとする。ま
たショット領域Ｓ１，Ｓ２…，Ｓ１６中に示した各矢印
は走査露光時のウェハＷ（下部ステージ１０Ｂ）の移動
方向を表わす。
【０１１６】この図１５の場合、ウェハＷ上のショット
領域はＳ１，Ｓ２，Ｓ３……の順に露光されるが、例え
ばショット領域Ｓ１の露光時は下部ステージ１０ＢがＸ
軸の負方向に精密に直線移動するように、レーザ干渉計
による位置サーボや速度サーボによって制御され、同時
に固定子２０４はＹ軸の正方向、即ち次のショット領域
Ｓ２が投影結像系の投影視野に向う方向に、ほぼ一定の
ゆっくりとした速度で移動し続ける。
【０１１７】ショット領域Ｓ１に対する走査露光（走査
移動量はショット領域のＸ方向の寸法Ｌａよりも若干大
きい）が完了した時点で、固定子２０４と下部ステージ
１０Ｂとの間隙Ｇｐａはショット領域のＹ方向の寸法Ｈ
ａ分だけ増大し、間隔Ｄａはその寸法Ｈａ分だけ減少す
る。その直後に下部ステージ１０Ｂは次ショット領域Ｓ
２の露光のためにＹ方向に寸法Ｈａ分だけＵ字ターンを
行なうので、寸法Ｈａだけ増大した間隙Ｇｐａと寸法Ｈ
ａだけ減少した間隔Ｄａとを初期の値に戻すように、下
部ステージ１０Ｂは固定子２０４に追いつくように移動
する。
【０１１８】以上の動作を繰り返すことにより、ウェハ
Ｗ上でＹ方向に１列に並んだショット領域Ｓ１〜Ｓ５を
順次走査露光していく間、固定子２０４はＹ方向にほぼ
一定速度で移動し続ける。ただし、ウェハＷ上でＹ方向
に並んだショット領域列は、Ｓ１〜Ｓ５を含めてＳ６〜
Ｓ１２，Ｓ１３〜Ｓ１９，Ｓ２０〜Ｓ２６，Ｓ２７〜Ｓ
３１の計５列分あるので、固定子２０４のＹ方向の移動
はショット領域Ｓ１〜Ｓ５の列を含めて２．５往復する
ことになる。
【０１１９】従って、図１５に示したウェハＷをステッ
プアンドスキャン方式で露光する際、図１３中に示した
可動体２０２と固定子２０４は、Ｙ方向に関する加減速
運動を最低でも５回行なうだけとなり、従来のように可
動体２０２と固定子２０４とを各ショット領域毎にＹ方
向にステップ移動させる場合の加減速運動の回数（図１
５では最低３１回）とくらべて、定盤８に生じる急激な
反力の回数を極めて少なくすることができると言った効
果がある。
【０１２０】尚、図１３〜１５で示した下部ステージ１
０ＢがＸＹθ方向へ移動したときに生じる反力は、ほと
んど固定子２０４で受けることになるので、固定子２０
４の剛性、及び固定子２０４を支持する可動体２０２の
剛性、及び可動スライダー２００のガイド部材の剛性等
は、それに見合ったものとなるように設計される。さら
に下部ステージ１０ＢがＹ方向に移動すると、固定子２
０４はそれによるＹ方向の反力を受ける。
【０１２１】従って可動体２０２のＹ方向移動を制御す
る可動スライダー２００内のリニアモータも、インクリ
メント型またはアブソリュート型のリニアエンコーダを
用いてＹ方向に位置サーボ制御しておくのが望ましい
が、その位置制御精度は０．１〜０．５ｍｍ程度で十分
であり、測長器として干渉計を使うほどの精度は不要と
考えられる。尚、図１３に示した可動スライダー２００
は固定子２０４に対して片側だけにしか設けられていな
いが、先の図５の実施例と同様に、定盤８に固定される
Ｙ方向の直線ガイド部材は固定子２０４の片側のみと
し、Ｙ方向駆動用のリニアモータは固定子２０４の両側
に設けてもよい。
【０１２２】ところで図１４に示した固定子２０４と永
久磁石列２０６Ａ，Ｂとは、相対的に２次元移動する必
要があるため、固定子２０４内に設けられるコイル列と
磁石列は特別な配置関係で組み立てられる。２次元リニ
アモータとしては、固定子２０４の長手方向（Ｘ方向）
についてウェハの寸法ＳＴｘ以上の移動ストローク（例
えば３５０ｍｍ程度）を有し、Ｙ方向についてショット
領域の寸法Ｈａ（または実効露光領域ＰＥＡの最大寸
法）〜２Ｈａ程度の自由移動範囲ΔＹＣでの移動ストロ
ーク（例えば２８〜５６ｍｍ程度）を有するように構成
される。
【０１２３】また、そのような２次元モータの場合、固
定子２０４と磁石列２０６Ａ，Ｂとの取付け配置は適宜
変更可能であり、例えば可動ステージ１０をＸ方向（走
査方向）に移動させるリニアモータとしては図１４の通
りに固定子２０４内にコイル列を設け、下部ステージ１
０Ｂ内に磁石列を設けたもので構成し、可動ステージ１
０をＹ方向（非走査方向）に移動させるリニアモータと
しては、固定子２０４内に複数個の磁石をＸ方向に一定
ピッチでＸ方向移動ストローク分に渡って並べ、下部ス
テージ１０Ｂ内にはその磁石列と対峙するようにＸ方向
に離れた２ヶ所の各々にＹ方向のローレンツ力（推力）
を発生するコイルユニットを設けた構成にすることがで
きる。
【０１２４】このようにすると、Ｙ方向に推力を発生す
る２ヶ所のコイルユニットの各々に供給される駆動電流
を、レーザ干渉計によって計測される可動ステージ１０
のヨーイング量（θ方向の微少回転量）、またはレチク
ルステージのヨーイング量に基づいてサーボ制御するこ
とで、可動ステージ１０のθ方向の回転位置を常に制御
された状態に維持できる。 ≪第４の実施形態≫ところで図１３〜１５に示したガイ
ドレス・ステージの場合、装置を使用可能状態に立ち上
げる作業の一貫として、可動ステージ１０や固定子２０
４等が定盤８のガイド表面８Ａ上に載置されてエアベア
リングが作動した後、レーザ干渉計システムの正しい計
測動作を確立するために、可動ステージ１０の座標系上
での原点出しと初期θ位置とを設定する必要がある。特
に初期θ位置の設定は、従来のガイド方式のステージで
は全く不要な作業であり、ガイドレス・ステージである
が故に必要となる作業である。
【０１２５】装置の立ち上げ作業を短時間に行なう観点
から、本実施例では図１３に示した可動体２０２と可動
スライダー２００との各々に、原点出しと初期θ位置設
定とに使われる専用の治具金物、例えば位置出し用の複
数の基準端面部が形成された軽合金製のフレーム構造体
を仮止めできるようにする。まず第1の治具金物を可動
スライダー２００のＹ方向の一端側の所定位置に仮止め
し、さらに可動体２００（固定子２０４）を手動でＹ方
向にスライドさせて第１の治具金物の基準端面に当接さ
せ、その位置に係止する。
【０１２６】次に、可動ステージ１０を可動体２０２か
ら離した状態で、第２の治具金物を可動体２０２の所定
位置に仮止めし、その後に可動ステージ１０を手動でゆ
っくりと可動体２０２の方に近づけ、第２治具金物の複
数の基準コマが下部ステージ１０ＢのＺＹ平面と平行な
端面側に形成されている対応するコマ受け部の各々に当
接し、係止されるように位置付ける。これにより、可動
ステージ１０は定盤８上の所定のＸＹ位置に、初期θ状
態に設定されてプリアライメントされたことになる。
尚、第２治具金物の基準コマは下部ステージ１０ＢのＸ
方向の位置とθ方向の位置とを拘束するものであるが、
その基準コマの近傍にはコマ受け部との係止（ロック）
や解除を行なう簡単なロック機構が設けられている。
【０１２７】さて、その状態でレーザ干渉計による計測
動作のイニシャライズを行い、θ方向計測用の干渉計カ
ウンターを初期値（ゼロ、若しくは一定値）にリセット
し、ＸＹ方向の各測長用カウンターを初期値にリセット
し、その後、第２治具金物のロック機構により基準コマ
の係止を解除し、第２治具金物自体を可動体２０２から
取り外し、続いて第１治具金物を可動スライダー２００
から取り外す。尚、各治具金物を取り外す際、下部ステ
ージ１０Ｂの下部のエアベアリングに対する圧縮空気の
供給を一時的に中断し、可動ステージ１０の全体をエア
パッドを介して定盤８上に接触支持させるようにしても
よい。
【０１２８】その後、干渉計システムを使った可動ステ
ージ１０の位置サーボ系をスタートさせれば、２次元リ
ニアモータの駆動により可動ステージ１０がＸＹθ方向
の各々について精密に位置制御できる状態になる。但
し、下部ステージ１０Ｂの下部のエアベアリングを一時
的に中断した場合は、最初にスタートさせるときの位置
サーボ系への目標指令値を、干渉計システムで計測され
る現在のＸＹ位置と現在のヨーイング量との各々と等し
くするようにし、その指令値に応答した位置サーボが働
くのとほぼ同時に、エアベアリングの作動を開始させ
て、可動ステージ１０の下部エアパッドを定盤８から１
〜数μｍ程度浮上させればよい。
【０１２９】以上の構成では、第１治具金物と第２治具
金物とを別物としたが、一体化させてしまってもよく、
そのように一体化された治具金物は、可動体２０２と定
盤８とを仮止め（クランプ）する機能と、可動体２０２
と可動ステージ１０（及び下部ステージ１０Ｂ）とを仮
止めする機能とを兼ね備えており、可動体２０２の上か
ら覆い被せるようなフレーム構造になっている。
【０１３０】以上、本実施例のような適当な治具金物を
用いたり、エアベアリングを一時的に中断したりするこ
とで、図１３に示したガイドレス・ステージ装置の立ち
上げ作業を極めて簡単に、短時間に、正確に行なうこと
ができ、作業員の安全性向上にも寄与すると言った装置
の設置方法上の利点がある。 ≪第５の実施形態≫図１６は、レチクル側に対して運動
量保存則を適用する場合のレチクルステージ装置の一例
を示す平面図であり、図１７は図１６中の光軸ＡＸを通
るＹ軸に沿って破断したときのＣ−Ｃ´矢視端面図であ
る。本実施例のレチクルステージ装置は、先の図１〜
７、或いは図１３で説明したウェハステージ装置を有す
る走査露光装置内で組合せて用いると、最大の効果が得
られる。
【０１３１】図１６において、６インチ或いは８インチ
程度のレチクルＲは、Ｘ方向（走査方向）に大きなスト
ロークで移動し、Ｙ方向に数ｍｍ程度の短ストロークで
移動し得るフレーム構造のレチクルステ−ジ１６に保持
される。レチクルステ−ジ１６のフレーム内側の３ヶ所
には真空方式または静電方式の吸着部２６７Ａ，２６７
Ｂ，２６７Ｃが形成され、図１７に示すように、各吸着
部２６７Ａ〜２６７ＣによりレチクルＲはステージ１６
の上面とほぼ同じＺ位置（高さ位置）に吸着保持され
る。
【０１３２】また図１６において、レチクルステ−ジ１
６は、レチクルＲのＸ方向の中心がちょうど投影結像系
ＰＬの物体側の実効露光領域ＰＥＡ´（図１５中のＰＥ
Ａに相当）に合うように位置付けられているものとし、
レチクルＲの遮光体で囲まれたパターン領域のＹ方向の
寸法は、実効露光領域ＰＥＡ´のＹ方向寸法とほぼ等し
くなるように設定される。このとき実効露光領域ＰＥＡ
´は、レチクルＲを照明する露光光の強度分布にも対応
しており、投影結像系ＰＬの物体側の円形視野ＩＦ内で
Ｙ方向に延びる直径を含み、Ｘ方向に所定の幅（例えば
２４〜４０ｍｍ程度）となるように設定される。
【０１３３】尚、実効露光領域ＰＥＡ´（露光用照明
光）のＸ方向の幅や位置は、レチクルＲ上に形成される
遮光体のＸ方向の寸法との関係から、例えば特開平4-19
6513号公報に開示されているように、レチクルＲの走査
移動時の開始や停止のタイミングと同期して連続可変す
るようにしてもよい。その場合、実効露光領域ＰＥＡ´
のＸ方向の幅が図１６に示した状態で最大とすると、走
査露光時に連続可変される幅は常に図１６の最大幅より
も小さい範囲に設定される。
【０１３４】さてレチクルステ−ジ１６の下側４ヶ所に
は、図１６，１７に示すようにエアベアリング用のパッ
ド２６５Ａ，２６５Ｂ，２６５Ｃ，２６５Ｄが設けら
れ、これらのパッド２５６Ａ〜２５６Ｄはカウンタ−可
動体としてのカウンターステージ２５０Ａ，２５０Ｂの
各々の上面にＸ方向に形成されたＺ案内面２５２Ａ，２
５２Ｂ上に設置され、Ｚ案内面２５２Ａと２ヶ所のパッ
ド２６５Ａ，２６５Ｄとの間、及びＺ案内面２５２Ｂと
２ヶ所のパッド２６５Ｂ，２６５Ｃとの間に数μｍ以下
のギャップが形成される。
【０１３５】これらパッド２５６Ａ〜２５６Ｄは、単に
圧搾空気を各Ｚ案内面２５２Ａ，Ｂに向けて噴出するだ
けでなく、その近傍で真空排気により吸引力を与える真
空与圧方式、或いは永久磁石や電磁石で吸引力を与える
磁力与圧方式にしてもよく、真空与圧方式の場合は、Ｚ
案内面２５２Ａ，Ｂを含むカウンターステージ２５０
Ａ，Ｂをセラミックス材で作ることができる。
【０１３６】カウンターステージ２５０Ａ，Ｂの各々の
下部には、図１６，１７に示すように複数のパッド２５
６Ａ，２５６Ｂ，２５６Ｃ，２５６Ｄ，２５６Ｅ，２５
６Ｆが設けられ、各パッドとレチクルステ−ジベ−ス１
４の上表面との間にエアベアリングが形成される。この
パッド２５６Ａ〜２５６Ｆも真空与圧方式や磁力与圧方
式とすることができる。
【０１３７】レチクルステ−ジベ−ス１４の中央部に
は、図１７に示すように投影結像系ＰＬの上端部分が入
り込むような開口部が形成され、レチクルＲと投影結像
系ＰＬとのワーキングディスタンスが維持される。この
レチクルステ−ジベ−ス１４は図１中に示した部材と同
じものであり、鏡筒保持コラム６から立設された本体コ
ラム１２Ａ〜１２Ｃ（１２Ａは省略）上に取り付けられ
る。
【０１３８】さらにカウンターステージ２５０Ａ，２５
０Ｂは、レチクルステ−ジベ−ス１４上の開口部を挟ん
でＸ方向の２ヶ所に固定された固定ガイド部材２５１，
２５３の左右（Ｙ方向）に配置されるとともに、固定ガ
イド部材２５１，２５３のＸＺ面と平行な両側面をガイ
ド面とするような複数のパッド２５８Ａ，２５８Ｂ，２
５８Ｃ，２５８Ｄを有する。
【０１３９】これらのパッド２５８Ａ〜２５８Ｄは、カ
ウンターステージ２５０Ａ，Ｂを固定ガイド部材２５
１，２５３の両側面に倣ってＸ方向に直線移動させるた
めのエアベアリングを形成するが、単に圧搾空気を噴出
するだけのエアベアリングだと、カウンターステージ２
５０Ａ，Ｂが固定ガイド部材２５１，２５３から離れる
方向に飛んでいってしまうので、ここのパッド２５８Ａ
〜２５８Ｄは真空与圧方式または磁力与圧方式が必須で
ある。尚、固定ガイド部材２５１，２５３の高さは、図
１７に示すようにレチクルステ−ジ１６のＹ方向に延び
たフレーム部分１６Ｓの下面よりも若干低めに設定され
るので、レチクルステ−ジ１６がＸ方向に移動しても衝
突することはない。
【０１４０】図１６，１７に示すように、レチクルステ
−ジ１６の左右側部には２次元リニアモータの可動子と
して機能するコイル列２６２Ａ，２６２Ｂが固定され、
これに対応した固定子として各コイル列２６２Ａ，２６
２Ｂの上方と下方にＸ方向に整列された永久磁石列２６
０Ａ、２６０Ｂが設けられる。磁石列２６０Ａ，Ｂは剛
性の高いケース等の保持部材内に取り付けられ、各保持
部材はカウンターステージ２５０Ａ，Ｂの各々に薄いゴ
ムプレート、ゴムブッシュ等の弾性部材や制振鋼鈑（異
種金属の積層体）によるスペーサー等を介して固定され
る。これはリニアモータの加減速時に生じる高い周波数
成分の振動を抑制するためである。
【０１４１】磁石列２６０Ａ，Ｂとコイル列２６２Ａ，
Ｂで構成される２次元リニアモータは、非走査方向のス
トロークが数mm程度と小さい点が異なるだけで、基本的
には先の図１３に示したウェハステージ装置の固定子２
０４と同様のものである。即ち、各コイル列２６２Ａ，
Ｂのケース内には、Ｘ方向のローレンツ力を効率よく発
生するように巻かれたコイル群と、それと独立してＹ方
向のローレンツ力を発生するように巻かれたコイル群と
が設けられている。
【０１４２】従って、コイル列２６２Ａと２６２Ｂの各
々に設けられたＸ方向駆動用のコイル群に対して同一の
駆動電流を印加すると、原則的にレチクルステ−ジ１６
はＸ方向に直線移動する。しかしながらステージ１６の
両側の２次元リニアモータは、その推力（ローレンツ
力）を厳密に一致させることは難しく、多かれ少なかれ
ばらつきを有している。このばらつきは、レチクルステ
−ジ１６のθ方向の位置変位（ＸＹ面内での回転誤差）
となって生じるため、その回転誤差の発生をコイル列２
６２Ａと２６２Ｂとの最適な電流制御によって抑制する
サーボ制御系が必要である。
【０１４３】そのサーボ制御系の具体的な一例として
は、まず計測センサーとしてレチクルＲ又はレチクルス
テ−ジ１６の一部に形成された反射鏡に光ビームを投射
し、その反射ビームと基準ビームとを干渉させてレチク
ルＲのＸＹ方向の座標位置とθ方向のヨーイング量とを
計測するとともに、レチクルＲのＸ軸周りとＹ軸回りの
微少傾斜量（ピッチング量）を計測する多軸レーザ干渉
計システムを設ける。
【０１４４】そして、計測されるＸＹ方向の座標位置と
ヨーイング量がそれぞれ目標値に追い込まれるようにコ
イル列２６２Ａ，Ｂ内の各コイル群に供給される駆動電
流を高い応答性で制御するサーボアンプを設ければよ
い。また、特開平9-171246号公報に開示されているよう
に、レチクルＲの端面部を反射面にすることで、レチク
ルＲのＸＹθ方向の各位置計測を直接行なうレーザ干渉
計システムも知られているので、必要であればその公報
に開示された技術をそのまま、又は若干変形して図１
６，１７のレチクルステージ装置に適用すれば、レチク
ルＲが走査露光中にステージ１６の吸着部２６７Ａ〜２
６７Ｃ上で微少量ずれた場合、レチクルＲが熱的な影響
で僅かに膨張伸縮した場合であっても正確な計測ができ
ると言った利点がある。
【０１４５】以上の構成において、運動量保存則はレチ
クルステ−ジ１６（コイル列２６２Ａ，Ｂも含む）と、
２つのカウンターステージ２５０Ａ，Ｂ（磁石列２６０
Ａ，Ｂも含む）とがＸ方向に運動するときに成り立つよ
うになっている。本実施例の場合、図１６からも明らか
なように、カウンターステージ２５０Ａ，Ｂ（磁石列２
６０Ａ，Ｂも含む）の総重量Ｍ２をレチクルステ−ジ１
６（コイル列２６２Ａ，Ｂも含む）の総重量Ｍ１に対し
て数倍以上に大きくすることで、２つのカウンターステ
ージ２５０Ａ，Ｂのレチクルステ−ジベ−ス１４上での
Ｘ方向の可動範囲を相当に小さくすることができる。
【０１４６】本実施例の場合、レチクルステ−ジ１６の
Ｘ方向の移動で生じる反力はカウンターステージ２５０
Ａ，Ｂの逆方向への運動によって相殺されるが、コイル
列２６２Ａ，Ｂを含むレチクルステ−ジ１６自体の総重
量Ｍ１は、２つのカウンターステージ２５０Ａ，Ｂの各
Ｚ案内面２５２Ａ，２５２Ｂ上に分散して印加され、レ
チクルステ−ジ１６の総重量Ｍ１と２つのカウンタース
テージ２５０Ａ，Ｂの総重量Ｍ２との合計がレチクルス
テ−ジベ−ス１４上に分散して印加される。このときレ
チクルステ−ジベ−ス１４の荷重分布は運動量保存のた
め変化しない。
【０１４７】このように、本実施例の構成ではレチクル
ステ−ジ１６とカウンターステージ２５０Ａ，Ｂとがス
タック（積み上げ）構造になっているため、レチクルス
テ−ジ１６がＸ方向の移動ストロークを超えるような暴
走を起こした場合を想定して、機械的なストッパー２５
４Ａ，２５４Ｂ，２５４Ｃ，２５４Ｄを、レチクルステ
−ジベ−ス１４上ではなくカウンターステージ２５０
Ａ，Ｂ側に設けるようにした。ストッパー２５４Ａ〜２
５４Ｄは、レチクルステ−ジ１６が暴走したときに、そ
のフレーム部１６Ｓの端部に当接して暴走運動を係止す
るものであり、当接時の衝撃力を緩和するためのダンピ
ング素子（バネ、ゴム、エアピストン等のショックアブ
ソーバ）を内蔵している。
【０１４８】さらに、固定ガイド部材２５３には、Ｚ方
向に上下動するレチクル搬送用のエレベータ部材２７０
Ａ，２７０ＢがＸ方向に所定間隔だけ離して設けられ
る。このエレベータ部材２７０Ａ，ＢのＸ方向の間隔は
レチクルＲのＸ方向の寸法よりは小さく、レチクルＲの
パターン領域のＸ方向寸法よりは大きく定められてお
り、レチクルステージ１６上のレチクルＲを交換すると
きは、レチクルＲの真下に固定ガイド部材２５３が位置
するようなローディング位置にレチクルステージ１６を
Ｘ方向に移動させて位置決めする。
【０１４９】その後、エレベータ部材２７０Ａ，Ｂの上
端面を固定ガイド部材２５３の上面から突出させ、さら
にエレベータ部材２７０Ａ，Ｂの上端面がレチクルステ
−ジ１６の上面よりも所定量だけ高くなるように持ち上
げ、レチクルＲをエレベータ部材２７０Ａ，Ｂの上端面
に真空吸着することによって、ロボットアーム等を使っ
たレチクル交換作業が容易になると言った利点がある。
【０１５０】次に、図１６，１７の実施例によるレチク
ルステージ装置の動作について簡単に説明するが、前提
として、図１６のようにレチクルＲの中心が光軸ＡＸと
ほぼ一致するようなレチクルステ−ジ１６のＸＹ方向の
各位置を中間位置とし、その位置からレチクルステ−ジ
１６（及び２６２Ａ，Ｂ）が図１６の紙面内で最も上方
にある状態をローディング位置、最も下方の折り返し位
置にある状態を初期位置と呼ぶことにする。
【０１５１】新しいレチクルＲが、ローディング位置に
おいてエレベータ部材２７０Ａ，Ｂの動作によりレチク
ルステ−ジ１６の吸着部２６７Ａ〜２６７Ｃ上に±０．
５ｍｍ程度のプリアライメント精度で載置されると、レ
チクルＲステージ１６は中間位置に移動され、図１中に
示したレチクルアライメント系ＶＲＡ１によってレチク
ルＲのマークとウェハステージ上の基準マーク板ＦＭ
（図７参照）とを検出するレチクルアライメントを行な
う。
【０１５２】これにより、レチクルＲの座標系（干渉計
による計測座標系）とウェハステージ側の座標系（干渉
計による計測座標系）とを相互に対応づけることがで
き、ウェハＷ内のショット領域の配列座標を図７中のア
ライメントセンサーＦＩＡと干渉計とで計測することに
より、ウェハＷ内の座標系（ショット領域の配列）とウ
ェハステージ側の座標系とを対応づけることができ、そ
の結果レチクルＲの座標系とウェハＷ内の座標系との相
互対応付け（広義のアライメント）が完了する。
【０１５３】次にレチクルステ−ジ１６を初期位置に設
定し、ウェハＷ上の第1のショット領域Ｓ１（図１５参
照）に対する走査露光が開始される。その際、レチクル
ステ−ジ１６は初期位置から中間位置、ローディング位
置の順に走査移動するが、カウンターステージ２５０
Ａ，Ｂはそれとは逆方向に移動する。ただし、レチクル
ステ−ジ１６全体の重量Ｍ１に対してカウンターステー
ジ２５０Ａ，Ｂの総重量Ｍ２が相当に大きいため、レチ
クルステ−ジベ−ス１４に対するカウンターステージ２
５０Ａ，Ｂの移動ストロークは数ｃｍ程度になり、運動
量保存則に従ったレチクルの走査動作が行なわれる。
【０１５４】レチクルステ−ジ１６の１スキャン動作が
終わり、ショット領域Ｓ１の露光が完了すると、レチク
ルステ−ジ１６はローディング位置近傍で停止し、ウェ
ハステージ（可動ステージ１０）はＵ字状のステッピン
グ動作（Ｕ字ターン動作）を行ない、次のショット領域
Ｓ２が実効露光領域ＰＥＡに差し掛かる前にレチクルス
テ−ジ１６の加速が開始され、レチクルＲとショット領
域Ｓ２との位置的な同期と速度上の同期とが必要精度に
なるようにサーボ制御を行なう。
【０１５５】これによってショット領域Ｓ２内が実効露
光領域ＰＥＡによって順次露光され、レチクルステ−ジ
１６はローディング位置近傍から中間位置、初期位置の
順に運動量保存則に従って移動し、ショット領域Ｓ２に
対する露光動作が完了する。そして以上の動作が、ウェ
ハＷ上の露光すべきショット領域の全てに対して行なわ
れる。
【０１５６】以上のような走査露光動作の際、レチクル
ステ−ジ１６のＸＹθ方向の各位置がレーザ干渉計によ
って常時計測され、その計測値に高速応答するサーボ制
御系によりコイル列２６２Ａ，Ｂの各々に設けられた
Ｘ，Ｙ方向駆動用の各コイルへ最適な電流が供給され
る。このときθ方向の駆動は、コイル列２６２Ａ，Ｂの
各々に設けられたＸ方向駆動用のコイルに流す電流を、
計測されたレチクルステージのヨーイング量またはウェ
ハステージ側のヨーイング量に基づくＰＩＤ（比例積分
微分制御）方式で制御することで実行される。
【０１５７】以上の通り、本実施例によるレチクルステ
ージ装置では、レチクルＲを保持するステージ１６（可
動子としてのコイル列２６２Ａ，Ｂも含む）と、カウン
ターステージ２５０Ａ，Ｂ（固定子としての磁石列２６
０Ａ，Ｂも含む）との間に運動量保存則が成り立つよう
に、カウンターステージ２５０Ａ，Ｂをレチクルステ−
ジベ−ス１４上で往復移動可能に構成した。
【０１５８】このため、露光装置の比較的に高い所に設
置されるレチクルステ−ジベ−ス１４から上の構造体の
重心位置はほとんど変化することなく、露光装置全体が
大きく傾いたり、レチクルステ−ジ１６の加減速に伴う
急峻な反力で振動が生じたりするといった問題が抜本的
に解消され得る。尚、図１６，１７に示したカウンター
ステージ２５０Ａ，Ｂは、Ｘ方向に関する位置拘束や位
置制御が何もないので、仮に装置全体がＸＺ面内で傾く
とレチクルステ−ジ１６との間の相対位置関係（相対位
相）を狂わすＸ方向に単独にずれていってしまう。そこ
で、そのような相対位相のずれが大きくなったときは、
先の図８〜１０で説明したようなアクティブなＡＮＲＥ
Ｓ、或いはＸ方向に緩いテンションを持つコイルスプリ
ング等によるパッシブなＡＮＲＥＳを、レチクルステ−
ジベ−ス１４と各カウンターステージ２５０Ａ，Ｂとの
間に設け、Ｘ方向に関する相対位相が所定範囲に保たれ
るように自動復帰機構を設けしておくのが望ましい。そ
のようなレチクルステージ用のＡＮＲＥＳについて詳し
くは後で述べる。
【０１５９】但しコイルスプリング等を用いたパッシブ
なＡＮＲＥＳの場合は、レチクルステ−ジ１６の全スト
ローク範囲の両側付近でコイルスプリングの復元力が増
大するので、その両側付近では運動量保存則が若干阻害
されることになるのでスプリングのバネ定数とストロー
クの関係とを適当に定める必要がある。また、図１６、
１７に示したレチクルステージ装置では、レチクルステ
−ジ１６、カウンターステージ２５０Ａ，Ｂがスタック
構造になっていたが、レチクルステ−ジ１６とカウンタ
ーステージ２５０Ａ，Ｂの各自重を供にレチクルステ−
ジベ−ス１４にかけるようなプレーナ構造に変更しても
よく、その場合、図１６のようにカウンターステージ２
５０Ａ，Ｂ上に形成されたＺ案内面２５２Ａ，Ｂは不要
であるが、代わりにレチクルステ−ジ１６の下側に設け
られるパッド２６５Ａ〜２６５Ｄが直接レチクルステ−
ジベ−ス１４の表面に係合するように、カウンターステ
ージ２５０Ａ，Ｂの形状や構造を変更する必要がある。
【０１６０】さらに図１６，１７に示した実施例では、
レチクルステ−ジ１６をＸＹθ方向に駆動するアクチュ
エータとして、粗動用と微動用とを別々に設ける構成と
はせずに、カウンターステージ２５０Ａ，Ｂとレチクル
ステ−ジ１６との間に配置した２次元リニアモータ（２
６０Ａと２６２Ａ，２６０Ｂと２６２Ｂ）によって粗微
動の駆動源を兼用するようにし、同時にカウンターステ
ージ２５０Ａ，Ｂも運動量保存則に従ってレチクルステ
−ジベ−ス１４上を移動できるようにした。
【０１６１】このため、レチクルステ−ジ１６上に微動
用アクチュエータを搭載せずに済むことによる軽量化が
図られ、レチクルステージの最高速が引き上げられると
ともに、高速化の際に問題となる反力が運動量保存則に
より相殺されて装置ボディ（特に投影結像系）にほとん
ど伝わらないといった効果、即ち装置ボディの剛性の度
合いで最高速が制限されることなく、レチクルステージ
の軽量化がそのままレチクル移動の最高速の向上（スル
ープット向上）に寄与するという顕著な効果が得られ
る。 ≪第６の実施形態≫図１８は本発明が適用される投影露
光装置の全体構造の変形例を示す部分断面であり、先の
図１〜７で説明した部材、図１６，１７で説明した部材
と同一の機能を有する部材には同じ符号を付けてある。
本実施例が今まで説明した各実施例と異なる点は、ウェ
ハステージ装置（図１〜７と同様に定盤８、可動テーブ
ル１０、懸架部材７Ａ〜７Ｃ等を含む）、投影結像系Ｐ
Ｌを固定するボディコラム、及びレチクルステージ装置
（図１６，１７と同様にレチクルステ−ジベ−ス１４、
レチクルステ−ジ１６、カウンターステージ２５０Ａ，
Ｂ等を含む）の３つの部分の重量を、互いに独立して床
１上に印加したことである。
【０１６２】図１８においても、図１〜７と同様にし
て、懸架部材７Ａ〜７Ｃは防振マウント部２Ａ〜２Ｃの
各々に荷重を印加するように構成され、定盤８と懸架部
材７Ａ〜７Ｃを含む静止構造体は流体軸受け部（例えば
エアベアリング）５Ａ〜５Ｃを介してＸＹθ方向に微動
できるように構成される。そして各懸架部材７Ａ〜７Ｃ
を貫通してＺ方向に延びた剛体部材４Ａ〜４Ｃには、ア
クティブな防振支持機構３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｃ
（３００Ｃは省略）を介して投影結像系ＰＬの鏡筒保持
コラム６が支持され、剛体部材４Ａ〜４Ｃの上端部には
第２の支持コラム３２０がリジッドに取り付けられる。
【０１６３】この第２支持コラム３２０の中央には投影
結像系ＰＬの外部鏡筒よりも大きな径の開口部３２０Ｆ
が形成され、第2支持コラム３２０上の３〜４ヶ所には
レチクルステージ装置のレチクルステ−ジベ−ス１４
（及びその上の構造体を含む）と本体コラム１２Ａ，１
２Ｂの荷重を支えるような防振マウント部３３０Ａ，３
３０Ｂ…が設けられている。
【０１６４】また先の図１や図１７では省略したが、レ
チクルステ−ジ１６の移動座標位置（ＸＹθ方向の各位
置）を計測するレーザ干渉計システム３５０が設けら
れ、レーザビームの送受光部３５０Ａからの送光ビーム
は、レチクルステ−ジ１６に固定された移動鏡３５０Ｂ
と投影結像系ＰＬの鏡筒に固定された固定鏡３５０Ｃと
に投射され、各鏡３５０Ｂ，Ｃからの反射ビームは干渉
用のビームスプリッタ３５０Ｄで合成されたのち、干渉
ビームとして送受光部３５０Ａ内のレシーバに受光され
る。
【０１６５】これにより、レチクルステ−ジ１６のＸＹ
θ方向の姿勢が投影結像系ＰＬの物体側の固定鏡３５０
Ｃを基準として精密に計測されるが、θ方向の計測につ
いては、ＸＹ面内で互いに平行な測長軸を有する２つの
干渉計による計測値の差分（ヨーイング計測値）として
求められるので、固定鏡３５０Ｃを基準としない系とし
てもよい。尚、ウェハステージ装置側のレーザ干渉計シ
ステム（４２Ｘ，４２Ｙ）に関しては、先の図７で説明
した構成がそのまま適用されるので、ここではそれ以上
の説明を省略する。
【０１６６】さて本実施例の場合、防振マウント部２Ａ
〜２Ｃと剛体部材４Ａ〜４Ｃの組み合せ方が図１や図２
に示した実施例と異なり、本実施例の防振マウント部２
Ａ〜２Ｃは対応した剛体部材４Ａ〜４Ｃを貫通させるよ
うな筒状に構成され、その内部にアクチュエータを含む
図２と同様の各部材２Ａ１〜２Ａ５が収納される。そし
て剛体部材４Ａ〜４Ｃは防振マウント部２Ａ〜２Ｃに荷
重をかけることなく直接床１上に設置される。従って本
実施例の剛体部材４Ａ〜４Ｃには床１からの振動がその
まま伝わってくる。
【０１６７】しかしながら、剛体部材４Ａ〜４Ｃには防
振支持機構３００Ａ〜３００Ｃを介して鏡筒保持コラム
６が取り付けられているため、剛体部材４Ａ〜４Ｃを伝
わってくる床１の振動は、非接触式のボイスコイルモー
タやエアベアリング等を含む非接触駆動源３１０Ａ〜３
１０Ｃによってアクティブに除振され、その振動が投影
結像系ＰＬに伝わることが防止される。即ち、防振支持
機構３００Ａ〜３００Ｃは、投影結像系ＰＬと鏡筒保持
コラム６の総重量を床１上に立設された剛体部材４Ａ〜
４Ｃに直接印加させつつ、鏡筒保持コラム６と剛体部材
４Ａ〜４Ｃとの間の振動伝達を絶縁する機能を有してい
る。
【０１６８】同様に、剛体部材４Ａ〜４Ｃの上端に固定
された第2支持コラム３２０にも床１からの振動がその
まま伝わってくるが、防振マウント部３３０Ａ，３３０
Ｂ…内に設けられたボイスコイルモータやエアベアリン
グ等を含む非接触式駆動源３４０Ａ，３４０Ｂ…によっ
て、その振動がレチクルステ−ジ１６用のレチクルステ
−ジベ−ス１４に伝わることをアクティブに防止してい
る。
【０１６９】以上の図１８中に示した防振支持機構３０
０Ａ〜３００Ｃと防振マウント部３３０Ａ，３３０Ｂ…
の各々に設けられた非接触式駆動源３１０Ａ〜３１０
Ｃ，３４０Ａ，３４０Ｂ…は、いずれもＺ方向の推力を
発生することを必須とし、それに加えてＸ方向やＹ方向
の推力も発生するような構成にしてもよい。このよう
に、レチクルステージ装置、投影結像系ＰＬ、ウェハス
テージ装置を相互に分離して配置する場合、その3者の
Ｚ方向の位置誤差とＸ軸回りやＹ軸回りの微少傾斜誤差
とが生じ易いため、それらの誤差を所定の精度範囲内に
抑えることが大切である。
【０１７０】そのためには、レチクルステージ装置のレ
チクルステ−ジベ−ス１４と投影結像系ＰＬとのＺ方向
の間隔と相対的な傾斜量を計測するための干渉計やギャ
ップセンサーをＸＹ面内の３ヶ所に設け、その計測値に
基づいて防振マウント部３３０Ａ，３３０Ｂ…内の各駆
動源３４０Ａ，３４０Ｂをフィードバック制御したり、
剛体部材４Ａ〜４Ｃの振動（ＸＹＺの各方向）を検知す
るセンサーからの信号に応答して各駆動源３４０Ａ，３
４０Ｂをフィードフォワード制御したりするサーボ制御
系を設けることが望ましい。
【０１７１】また通常の投影露光装置には、投影結像系
ＰＬとウェハとの間のＺ方向の間隔と投影像面とウェハ
面との相対的な傾きをリアルタイムに計測するフォーカ
スセンサーとレベリングセンサーからの信号に応答し
て、ウェハステージ装置の可動ステージ１０上に設けら
れたＺＬテーブル（Ｚ方向と傾斜方向への駆動テーブ
ル）の３ヵ所のＺアクチュエータをサーボ制御するオー
トフォーカス（ＡＦ）／オートレベリング（ＡＬ）機構
が設けられている。
【０１７２】このため、ウェハステージ装置の定盤８と
鏡筒保持コラム６の間に同様のＺ方向の位置誤差や微少
傾斜誤差が発生したとしても、その誤差量はＡＦ／ＡＬ
機構によって吸収することが可能であり、逆にＡＦ／Ａ
Ｌ機構によって吸収可能な誤差量が判っていれば、その
誤差量以内になるように、定盤８と鏡筒保持コラム６の
位置関係（Ｚと傾斜）を検知するセンサーからの信号に
基づいて防振マウント部３００Ａ〜３００Ｃ内の駆動源
３１０Ａ〜３１０Ｃ（又は防振マウント部２Ａ〜２Ｃ）
をサーボ制御すればよい。
【０１７３】尚、レチクルステージ装置に運動量保存則
を利用した構造を採用しておくと、レチクルＲの走査移
動時にレチクルステ−ジベ−ス１４上に構築される構造
体全体の重心がほとんど変化しないと言った作用がある
ことから、第２支持コラム３２０上の３〜４ヶ所に設置
される防振マウント部３３０Ａ，３３０Ｂ…の各々にか
かる荷重もほぼ一定になるといった利点がある。そのた
め図１８中の駆動源３４０Ａ，３４０Ｂ…は、非接触式
のボイスコイルモータとして説明したが、振動の高い周
波数成分を抑制するゴムパッドと２ｍｍ程度の伸縮を行
なうピエゾ素子とを貼り合わせた接触式のアクチュエー
タ（ハードマウント方式）にしてもよい。このような接
触式のアクチュエータは、図１８中の防振支持機構３０
０Ａ〜３００Ｃ内の各駆動源３１０Ａ〜３１０Ｃとして
も同様に採用可能である。
【０１７４】以上の本実施例によれば、露光装置内で可
動部分を有するレチクルステージ装置とウェハステージ
装置を、投影結像系ＰＬの鏡筒保持コラムから機械的に
分離するようにしたので、レチクルステ−ジ１６や可動
ステージ１０の運動で生じ得る極わずかな振動成分が投
影結像系ＰＬに伝わらないと言った利点、或いはレチク
ルステ−ジ１６や可動ステージ１０の各々の運動による
微少振動成分が相互に干渉することで装置ボディ内に生
じる複雑な振動分布が投影結像系ＰＬに伝わらないと言
った利点がある。
【０１７５】ところで、図１６，１７に示したレチクル
ステージ装置はＸＹθ方向に関してガイドレス方式を採
用したが、それと同様にしてウェハステージ装置につい
てもガイドレス方式を採用可能である。例えば、図５に
示した可動ステージ１０の下部ステージ１０Ｂにローレ
ンツ力またはインダクタンス力による２次元モータ、所
謂平面モータの可動子としてのＸＹ方向駆動用のコイル
群（又は電磁石群）を組み込み、定盤８の上面にその平
面モータの固定子としての永久磁石群を２次元に配列す
ればよい。このような平面モータの一例は、例えば米国
特許第4,742,286号公報に詳細に開示されている。
【０１７６】このような平面モータを用いると、可動ス
テージ本体は定盤の表面上にエアベアリング等で浮上支
持されるだけで、ＸＹθ方向に関する機械的な拘束が全
く不要となり、レーザ干渉計と組み合わせた平面モータ
の位置サーボ制御により可動ステージをＸＹθ方向に精
密に位置制御することができる。このような利点を有す
る反面、可動ステージの運動に伴う反力はすべて定盤で
受けることになり、定盤を防振マウント部材を介して床
面に設置するにしても、定盤と防振マウント部材との結
合部がＸＹ方向に関してリジッドな構造だと、定盤が受
ける反力エネルギーは定盤や防振マウント部材の結合部
等の構造部品を歪ませる応力に転化されることになる。
【０１７７】このような場合でも、本発明の図１〜７で
説明した実施例と同様に、防振マウント部材と定盤との
間にＸＹθ方向に変位可能とするエアベアリングやボー
ルベアリング等を用いた可動支承機構を設ければ、定盤
に働く反力エネルギーを容易に定盤自体の運動エネルギ
ーへ転化することができ、運動量保存則がほぼ成り立つ
ような構成にすることで、平面モータを用いたステージ
装置であっても、その重心位置がほとんど変化しないと
言った利点が得られる。
【０１７８】また先の図１〜７で説明した実施例では、
可動支承機構としての流体軸受け部５Ａ〜５Ｃにより定
盤８と懸架部材７Ａ〜７Ｃが一体となってＸＹθ方向に
微動可能としたが、定盤８に働く反力の方向性が制限さ
れるような構造のステージ装置の場合、例えばＸ方向と
θ方向にだけ反力が生じるような場合は、そちらの方向
だけに自由度を有するような可動支持機構にすることが
できる。
【０１７９】≪第６の実施態様≫次に、運動量保存則を
利用したレチクルステージ装置の他の実施例について図
１９〜２２を参照して説明する。先の図１６、１７の説
明中においても触れたように、本実施例では粗動用ステ
ージ部と微動用ステージ部とを個別に設け、各ステージ
部と可動カウンターステージ部とをレチクルステ−ジベ
−ス１４上に並置したプレーナ構造にするとともに、可
動カウンターステージ部（リニアモータの固定子部）と
レチクルステ−ジベ−ス１４との間に、先に説明したＡ
ＮＲＥＳ機能を達成するためのクランプ機構を設けるよ
うにした。
【０１８０】図１９〜２１はプレーナ構造のレチクルス
テージ装置の基本構成を示し、先の図１６、１７中に表
した部材と同じ機能の部材には同一の符号を付けてあ
り、レチクルステ−ジベ−ス１４のＹ方向の両側にはＸ
方向に延設されたＺガイド面（Ｚ方向の案内面）１４
Ａ，１４Ｂが形成され、レチクルステ−ジベ−ス１４の
一段高くなった部分の上面の両サイドにもＸ方向に延設
されたＺガイド面１４Ｃ，１４Ｄが形成され、段部とな
る側面にもＸ方向に延設されたＹガイド面（Ｙ方向の案
内面）１４Ｅが形成されている。
【０１８１】粗動ステージ部４００はセラミック材を全
体として矩形フレーム状に成型して作られ、その内側に
は同様のセラミック材で矩形フレーム状に作られた微動
ステージ部４５０が非接触状態で設けられる。図２０，
２１に示すように粗動ステージ部４００の下面の周辺複
数ヶ所には、レチクルステ−ジベ−ス１４上のＺガイド
面１４Ｃ，１４Ｄに対峙するエアベアリング（真空与圧
式又は磁力与圧式）用のパッド４０１Ａ，４０１Ｂ，４
０１Ｃ，４０１Ｄが取り付けられている。
【０１８２】また粗動ステージ部４００のＹ方向の一端
側には、レチクルステ−ジベ−ス１４のＹガイド面１４
Ｅと対峙するような真空与圧方式のエアベアリングパッ
ド４０２Ａ，４０２Ｂが取り付けられ、粗動ステージ部
４００のＹ方向の位置が拘束される。従って粗動ステー
ジ部４００は、パッド４０１Ａ，４０１Ｂ，４０１Ｃ，
４０１Ｄとパッド４０２Ａ，４０２Ｂによるエアベアリ
ングによってレチクルステ−ジベ−ス１４上をＸ方向へ
直線移動する。
【０１８３】同様に、微動ステージ部４５０の下側の周
囲複数ヶ所にも、レチクルステ−ジベ−ス１４上のＺガ
イド面１４Ｃ，１４Ｄに対峙するエアベアリング（真空
与圧式又は磁力与圧式）用のパッド４５１Ａ，４５１
Ｂ，４５１Ｃ，４５１Ｄが取り付けられ、フレーム状の
微動ステージ部４５０の内側には、レチクルＲを吸着保
持するための吸着パッド部４５３Ａ，４５３Ｂ，４５３
Ｃが形成され、そのパッド部４５３Ａ〜Ｃの上端面は図
２１のように粗動ステージ部４００や微動ステージ部４
５０の上端面よりも高くなるように設定されている。
【０１８４】粗動ステージ部４００と微動ステージ部４
５０との間には、微動用アクチュエータとしての小スト
ローク・リニアモータ（或いはボイスコイル型モータ）
が３組設けられており、そのうちの１組のリニアモータ
は粗動ステージ部４００に対して微動ステージ部４５０
をＸ方向（スキャン方向）に数ミリ程度の範囲で微動さ
せるためのコイル部４５５Ａと磁石部４５５Ｂとで構成
され、本実施例ではコイル部４５５Ａを粗動ステージ部
４００側に固定し、磁石部４５５Ｂを微動ステージ部４
５０側に固定したＭＭ（ムービングマグネット）型とな
っている。
【０１８５】図１９に示すように、磁石部４５５Ｂはコ
イル部４５５Ａと所定のギャップを保って上下に挟み込
むように配置され、コイル部４５５Ａを通る磁束は上下
方向（Ｚ方向）に設定され、その磁束を受けるコイル部
４５５Ａ内の各銅線部分はＹ方向に電流を流すように設
定され、コイル部４５５Ａと磁石部４５５Ｂとの間には
コイル電流の大きさに応じたＸ方向のローレンツ力（フ
レミング力）が発生する。
【０１８６】残りの２組の小ストローク・リニアモータ
は、図２０に示すように粗動ステージ部４００に対して
微動ステージ部４５０をＹ方向（非スキャン方向）に数
ミリ程度の範囲で微動させるためのコイル部４５６Ａと
磁石部４５６Ｂによるセットと、コイル部４５７Ａと磁
石部４５７Ｂによるセットとで構成される。この２組の
リニアモータのコイル部４５６Ａ，４５７Ａは粗動ステ
ージ部４００の内側にＸ方向に離間して固定され、磁石
部４５６Ｂ，４５７Ｂは微動ステージ部４５０の外側に
Ｘ方向に離間して固定され、ＭＭ型のリニアモータとし
て構成される。
【０１８７】その磁石部４５６Ｂ，４５７Ｂも、対応す
るコイル部４５６Ａ，４５７Ａに対して磁束がＺ方向に
通るように配置され、各コイル部４５６Ａ，４５７Ａ内
の銅線部分はＸ方向に電流を流すような巻き線構造にさ
れ、それぞれのコイル電流の大きさに応じたＸ方向のロ
ーレンツ力（フレミング力）が発生する。以上、３組の
微動リニアモータの各コイル部４５５Ａ，４５６Ａ，４
５７Ａに流す電流の大きさや方向を変えることで、微動
ステージ部４５０の粗動ステージ部４００に対する姿勢
をＸ方向とθ方向の２自由度で制御でき、さらに１組の
Ｙ方向用の微動リニアモータのコイル部４５５Ａに流す
電流の大きさや方向を変えることで、微動ステージ部４
５０をＹ方向の１自由度で制御でき、結局、３組の微動
リニアモータによって微動ステージ部４５０に保持され
たレチクルＲはＸ、Ｙ、θ方向にガイドレスで微動され
る。
【０１８８】また、微動ステージ部４５０上のＹ方向の
一端にはＸ方向に細長い移動鏡４６０Ｙが取り付けら
れ、微動ステージ部４５０上のＸ方向の一端には２つの
コーナーミラー４６１Ｘ，４６２Ｘが取り付けられてい
る。移動鏡４６０Ｙには、レチクルステ−ジベ−ス１４
の一端側の台座４６５上に設けられたレーザ干渉計ユニ
ット４７０Ａからの計測ビームＩＦＢａが垂直に投射さ
れ、コーナーミラー４６１Ｘ，４６２Ｘの各々にはレー
ザ干渉計ユニット４７０Ｂ，４７０Ｃからの計測ビーム
ＩＦＢｂ，ＩＦＢｃが投射される。
【０１８９】その際、ユニット４７０ＡからＸ方向に投
射されたビームＩＦＢａはレチクルステ−ジベ−ス１４
上に取り付けられた反射ブロック部材４７２によってＸ
Ｙ面内で直角に折り曲げられ、移動鏡４６０Ｙの反射面
（ＸＺ面と平行）に垂直に照射される。このため、反射
ブロック部材４７２は粗動ステージ部４００の内側空間
であって、且つ移動鏡４６０Ｙに近接した位置に配置さ
れ、反射ブロック部材４７２内には、例えば図２０中に
示すような５角形のプリズム素子（ダハプリズム、或い
は三角プリズムでも可）４７２ａが設けられている。
【０１９０】図１９，２０では、移動鏡４６０Ｙが粗動
ステージ部４００の上方空間まで張り出しているが、図
２１から明らかなように、移動鏡４６０Ｙは粗動ステー
ジ部４００の上端部よりも僅かに上方に位置するように
微動ステージ部４５０にのみ固定されており、移動鏡４
６０Ｙは粗動ステージ部４００の運動に干渉することな
く微動ステージ部４５０と一体に運動する。
【０１９１】また図１９〜２１では図示を省略してある
が、粗動ステージ部４００のレチクルステ−ジベ−ス１
４上でのＸ方向位置を計測するために、粗動ステージ部
４００の一部にコーナーミラーが固定され、それに対し
てレチクルステ−ジベ−ス１４側からビームを投射する
粗動用レーザ干渉計が設けられ、このレーザ干渉計から
出力される位置情報と速度信号に基づいて粗動ステージ
部４００の位置サーボ制御と速度サーボ制御とが行わ
れ、特にステップ＆スキャン方式でレチクルをＸ方向に
走査移動させる際は、粗動ステージ部４００が例えば１
２００mm／sec程度の一定速度に速度制御される。
【０１９２】さらに、粗動ステージ部４００のＸ方向の
移動は、Ｙ方向の両側に配置された一対の高トルク・リ
ニアモータ（３相交流モータ）４０５，４０６によって
駆動される。そのリニアモータ４０５、４０６の可動子
としてのコイル部４０５Ａ，４０６Ａは、それぞれ締結
部材４０４Ａ，４０４Ｂを介して粗動ステージ部４００
の側方に取り付けられ、リニアモータの固定子としての
磁石ケース４０５Ｂ，４０６Ｂは、それぞれレチクルス
テ−ジベ−ス１４のＺガイド面１４Ａ，１４Ｂ上にエア
ベアリング用のパッド４０８Ａ，４０８Ｂとパッド４０
９Ａ，４０９Ｂ（図２１参照）を介して設置される。
【０１９３】図２１で詳細に示すように、各磁石ケース
４０５Ｂ，４０６Ｂ内には、対応したコイル部４０５
Ａ，４０６Ａを挟み込むように磁石Ｍｇｎが対向配置さ
れ、その磁石Ｍｇｎの複数個が図１９、２０に示すよう
にＸ方向に一定ピッチで配置される。従ってリニアモー
タ４０５，４０６の各コイル部４０５Ａ、４０６Ａに制
御された駆動電流（３相交流）を供給すると、対応した
磁石ケース４０５Ｂ，４０６Ｂとの間にはＸ方向のロー
レンツ力（例えば数十ニュートン程度の力）が発生し、
粗動ステージ部４００と磁石ケース４０５Ｂ，４０６Ｂ
は運動量保存則に従って互いに逆方向に移動する。
【０１９４】尚、各リニアモータ４０５，４０６の磁石
ケース４０５Ｂ，４０６Ｂをレチクルステ−ジベ−ス１
４上に保持するパッド４０８Ａ，Ｂと４０９Ａ，Ｂは、
レチクルステ−ジベ−ス１４のＺガイド面１４Ａ，１４
Ｂとの間にエアベアリング層を形成するだけでなく、Ｚ
ガイド面１４Ａ，Ｂと直角なＹガイド面１４Ｆ（図１
９、２１参照）との間にも真空与圧方式または磁力与圧
方式のエアベアリング層を形成する。
【０１９５】このため、仮に各リニアモータ４０５，４
０６のコイル部４０５Ａ，４０６Ａへの給電が中断さ
れ、レチクルステ−ジベ−ス１４がＺＸ平面内で傾斜し
ていたりすると、磁石ケース４０５Ｂ，４０６Ｂはレチ
クルステ−ジベ−ス１４上をＸ方向に直線的に滑ってい
くことになる。但し、そのようにコイル部４０５Ａ，４
０６Ａへの給電が中断されることは、ステージ装置のサ
ーボ制御が正常に機能している間は皆無であり、もしそ
のような状態が起こるとすれば、それは装置の故障や異
常発生を意味する。
【０１９６】そのサーボ制御は、レーザ干渉計ユニット
４７０Ａ〜４７０Ｃの各々で計測される微動ステージ部
４５０の移動座標位置や微小回転量等の情報をフィード
バック信号とし、粗動用のリニアモータ４０５，４０６
の各々に対する駆動電流の供給、微動用の３組のリニア
モータ４５５，４５６，４５７の各々に対する駆動電流
の供給を高速演算処理回路を介して行う。
【０１９７】ただし本実施例のステージ装置は、ステッ
プ＆スキャン方式の露光装置におけるレチクル走査移動
に適用して、ウェハの走査移動と同期を保つことを前提
としているため、サーボ制御用の高速演算処理回路には
レチクルＲ単体で理想的な移動制御を行うための回路構
成だけでなく、常にウェハＷの走査移動と同期した移動
制御を達成するための回路構成、即ちウェハステージ装
置側のレーザ干渉計で計測されるウェハＷの移動位置座
標を読み込んで、レチクルＲとウェハＷとの位置的な同
期誤差（ＸＹθの各方向における偏差分）や速度上の同
期誤差等を高速に算出してそれらの相対誤差が限りなく
零に追い込まれるように微動ステージ部４５０の３組の
リニアモータ４５５，４５６，４５７をサーボ制御する
回路も組み込まれている。
【０１９８】ところで図１９〜２１の構成において、リ
ニアモータ４０５、４０６の各磁石ケース４０５Ｂ，４
０６Ｂの外壁にはバランスウェイトとしてのブロック４
１０Ａ，４１０Ｂと４１１Ａ，４１１Ｂが取り付けられ
ている。これらのブロック４１０Ａ，Ｂと４１１Ａ，Ｂ
は、鉛等の高比重の金属を成型して作られ、各磁石ケー
ス４０５Ｂ，４０６Ｂの総重量を増大させるとともに、
左右のリニアモータ４０５，４０６における僅かなトル
ク差、エアベアリングの僅かな摩擦差等によって生じ得
る運動特性上のバランスを調整する働きを持っている。
【０１９９】本実施例の場合、運動量保存則に従って、
粗動ステージ部４００と微動ステージ部４５０との移動
に応じて粗動ステージ部４００と微動ステージ部４５０
とは逆方向に相対移動するカウンタ−可動体は２つ存在
する。１つ目は、第１のリニアモータ４０５の磁石ケー
ス４０５Ｂ、内部の磁石列Ｍｇｎ、パッド４０９Ａ，
Ｂ、及びブロック４１１Ａ，Ｂからなる第１のカウンタ
ー可動体である。
【０２００】２つ目は、、第２のリニアモータ４０６の
磁石ケース４０６Ｂ、内部の磁石列Ｍｇｎ、パッド４０
８Ａ，Ｂ、及びブロック４１０Ａ，Ｂからなる第２のカ
ウンター可動体である。しかしながら２つのリニアモー
タ４０５、４０６の各々には原則的に同一方向の同等の
駆動トルクを与えるので、運動量保存則が適用される荷
重体としては、第１のカウンター可動体と第２のカウン
ター可動体の両方の重量を持つ荷重体と、粗動ステージ
部４００と微動ステージ部４５０を含む可動ステージ体
との一対を考えればよい。
【０２０１】本実施例では、第１のカウンター可動体と
第２のカウンター可動体との合計の重量（質量）を、粗
動ステージ部４００と微動ステージ部４５０を含む可動
ステージ体の重量（質量）よりも大きくし、レチクルス
テ−ジベ−ス１４上での各磁石ケース４０５Ｂ，４０６
Ｂの移動ストロークを粗動ステージ部４００の移動スト
ロークよりも小さくするためにブロック４１０Ａ，４１
０Ｂ，４１１Ａ，４１１Ｂを設けたが、その移動ストロ
ークの比率が所望の範囲内に入るほど、各リニアモータ
４０５、４０６の磁石ケース４０５Ｂ，４０６Ｂ（及び
磁石列Ｍｇｎ）の重量が大きければ、それらのブロック
を格別に設ける必要はない。
【０２０２】但し、左右のリニアモータ４０５、４０６
の駆動トルクの微差、摩擦の微差等によって、第１カウ
ンター可動体と第２カウンター可動体との移動ストロー
クに僅かな差が生じることもあり、それを補償する目
的、即ち動バランスを取るために磁石ケース４０５Ｂ，
４０６Ｂのうちの少なくとも一方（相対的に移動ストロ
ークが微増している方）に荷重補正用のブロックを設け
ることは効果的である。
【０２０３】またブロック４１０Ａ，４１０Ｂ，４１１
Ａ，４１１Ｂとしては、内部を空洞にした密閉タンク内
に、粘性が高く比重の大きな流体（重油オイル等）や数
百ミクロン程度の砂粒を充填したものでもよく、このよ
うな構造のブロックの場合には、リニアモータ４０５，
４０６の加減速時に生じる比較的に高い周波数成分の微
振動をダンピングすると言った作用も得られる。また各
ブロック４１０Ａ，４１０Ｂ，４１１Ａ，４１１Ｂをゴ
ムパットやスポンジシート等の弾性体を介して磁石ケー
ス４０５Ｂ，４０６Ｂに固定すると、リニアモータに生
じる微振動を減衰させることが可能である。
【０２０４】以上の本実施例によれば、先の図１７、１
８で説明したレチクルステージ装置と比較して、粗動ス
テージ部と微動ステージ部の２つの可動体に分けた構造
とするために複雑ではあるが、粗動用のリニアモータと
微動用のリニアモータも別々に配置されることから、各
リニアモータの機能に適した最適な制御、例えば粗動用
リニアモータは走査露光時に定速制御モードで使い、微
動用リニアモータは速度ムラの補正や微小な相対位置ず
れ補正（ＸＹθ方向）のための位置制御モードで使うと
言うような分担制御が可能となり、制御性の向上が見込
まれる。
【０２０５】次に、以上の図１９〜２１で説明したレチ
クルステージ装置に適用可能なカウンター可動体（図１
９〜２１中の磁石ケ−ス４０５Ｂ，４０６Ｂを示し、以
下適宜カウンタ−可動体という）の復帰機構（ＡＮＲＥ
Ｓ）について図２２を参照して説明する。ここでは説明
を簡単にするため、レチクルステ−ジベ−ス１４上に２
つのカウンター可動体（夫々リニアモータ４０５，４０
６の磁石部４０５Ｂ，４０６Ｂを含む）と可動ステージ
体（各リニアモータ４０５，４０６のコイル部４０５
Ａ，４０６Ａを含む）とがプレーナ配置で保持されるも
のとし、粗動ステージ部４００と微動ステージ部４５０
とを含む全体の構造体を、レチクルＲ保持用の主可動体
５００として扱うものとする。
【０２０６】そして本実施例では、カウンター可動体４
０５Ｂ，４０６Ｂの各々をレチクルステ−ジベ−ス１４
上の所定位置にクランプするための係止機構５０２、５
０３と、カウンター可動体４０６Ｂのレチクルステ−ジ
ベ−ス１４に対するＸ方向位置を検知するリニアエンコ
ーダのセット５０４Ａ，５０４Ｂと、図２２では省略さ
れているが、カウンター可動体４０５Ｂのレチクルステ
−ジベ−ス１４に対するＸ方向位置を検知するリニアエ
ンコーダのセット５０５Ａ，５０５Ｂとを設けるように
した。
【０２０７】本実施例のエンコーダセットは、光学式の
リニアスケール（アブソリュート型またはインクリメン
タル型）を収納してレチクルステ−ジベ−ス１４の側部
に固定されるスケール部５０４Ｂ（５０５Ｂ）と、カウ
ンター可動体４０６Ｂ（又は４０５Ｂ）の一部に固定さ
れて光学スケールと対峙する読取りヘッド部５０４Ａ
（５０５Ａ）とで構成され、そのヘッド部５０４Ａ（５
０５Ａ）からの信号によりカウンター可動体４０６Ｂ
（又は４０５Ｂ）の移動位置が個別に計測される。
【０２０８】これらのエンコーダセットによる位置計測
分解能は、カウンター可動体４０５Ｂ、４０６Ｂの各移
動ストロークに対して例えば1/100〜1/1000程度でよ
く、ことさら高精度である必要はない。一例として、カ
ウンター可動体４０５Ｂ、４０６Ｂの実用的な移動スト
ロークを50ｍｍ程度に設定したとすると、エンコーダセ
ットの計測分解能は50μｍ〜５μｍでよく、この程度の
ものであれば比較的に廉価に入手可能である。
【０２０９】また係止機構５０２、５０３としてのクラ
ンプとしては、電磁石や真空ピストン等のアクチュエー
タによって駆動され、カウンター可動体４０５Ｂ、４０
６Ｂのケース部を確実に係止する構造（例えばマグネッ
トクランプ、真空吸着クランプ、或いは複数の微小なＶ
溝を形成した面がケース側の対応したＶ溝と係合するメ
カクランプ等）とされる。
【０２１０】このような係止機構５０２、５０３の一
方、例えば係止機構５０２によってカウンター可動体４
０６Ｂをクランプした場合、そのカウンター可動体４０
６Ｂと主可動体５００との間には運動量保存則が働かな
い。そのため、仮に主可動体５００側のコイル部４０５
Ａ，４０６Ａに同程度の同一極性の駆動電流を供給し、
主可動体５００がクランプされたカウンター可動体４０
６Ｂに対して＋Ｘ方向に移動したものとすると、クラン
プされていないカウンター可動体４０５Ｂは運動量保存
則に従って単独で−Ｘ方向に移動することになる。
【０２１１】この際、運動量保存則は、主可動体５００
とレチクルＲの合計質量をＭ１とし、クランプされたカ
ウンター可動体４０６Ｂの全質量をＭ２´としたとき、
主可動体５００の速度Ｖ１とカウンター可動体４０６Ｂ
の速度Ｖ２´との関係が、Ｖ１・Ｍ１＝−Ｖ２´・Ｍ２
´となることで成立する。もちろん、カウンター可動体
４０５Ｂのクランプを解除し、他方のカウンター可動体
４０６Ｂをクランプした場合は、主可動体５００とレチ
クルＲの合計質量体とカウンター可動体４０５Ｂの全質
量体との間でのみ運動量保存則が成立する。
【０２１２】また先の図１９に示したように、コーナー
ミラー４６１Ｘ，４６２Ｘは微動ステージ部４５０に固
定されるが、図２２では主可動体５００に固定されてい
るものとする。実際のところ、サーボ制御系が正常に動
作していれば、粗動ステージ部４００と微動ステージ部
４５０とのＸＹ方向の位置関係は所期状態に対して１ｍ
ｍ以内の誤差範囲に収まっているので、各干渉計のビー
ムＩＦＢｂ，ＩＦＢｃによって計測されるＸ方向の位置
は微動ステージ部４５０の精密な位置（例えば１０ｎｍ
のオーダー）であるとともに、粗動ステージ部４００の
Ｘ方向の概略位置（例えば±１ｍｍ程度の範囲）にも対
応している。
【０２１３】尚、図２２では、係止機構５０２、５０３
をレチクルステ−ジベ−ス１４の一端部側に設けたが、
各カウンター可動体４０５Ｂ、４０６Ｂをレチクルステ
−ジベ−ス１４に確実に係止できさえすれば、その配置
はどこであってもよい。さらに係止機構５０２、５０３
としては、各カウンター可動体４０５Ｂ、４０６Ｂとレ
チクルステ−ジベ−ス１４との間に設けられるエアベア
リング４０８Ａ，Ｂや４０９Ａ，Ｂ（図１９，２１参
照）を、一時的に真空吸着のみを行う吸着パッドに切り
替えることで兼用してもよい。
【０２１４】この場合、エアベアリング４０８Ａ，Ｂや
４０９Ａ，Ｂを真空排気用のオリフィスと加圧気体噴出
用のオリフィスとを備えた真空与圧型にしておくと、加
圧気体の噴出を中止することで、エアベアリング４０８
Ａ，Ｂや４０９Ａ，Ｂはレチクルステ−ジベ−ス１４に
真空吸着されることになり、クランプ機能のために付加
的に必要な構成としては、エアベアリング４０８Ａ，
Ｂ、４０９Ａ，Ｂへの加圧気体の供給路中に電磁弁を設
け、クランプ時にその供給路を開閉すると言った極めて
簡単な構成で済むことになる。
【０２１５】次に、図２２の概略構成に基づいたＡＮＲ
ＥＳ機能の動作を、図２３〜２５を参照して説明する。
図２３（Ａ）は主可動体５００（レチクルステージ部全
体）がレチクルステ−ジベ−ス１４上でＸ方向の最も負
側に位置した状態を示す平面図であり、この状態はステ
ップ＆スキャン方式によるウェハ露光動作中のステッピ
ング期間、ウェハの交換期間、或いはレチクルの交換期
間に生じ得る。
【０２１６】まず図２３（Ａ）のような状態で、制御回
路５１０は一方の係止機構５０３に駆動信号を出力し
て、一方のカウンター可動体４０５Ｂ（リニアモータの
磁石列Ｍｇｎ、ケース、エアベアリング４０９Ａ，Ｂ等
を含む）をレチクルステ−ジベ−ス１４にクランプす
る。その際、主可動体５００に対するカウンター可動体
４０５Ｂの位置関係（相対位相）と、主可動体５００に
対するカウンター可動体４０６Ｂの位置関係（相対位
相）とは、いずれも所期の位相関係からずれているもの
とし、またカウンター可動体４０５Ｂと４０６ＢもＸ方
向に相対的にΔPx1だけずれているものとする。
【０２１７】さて、図２３（Ａ）のようにカウンター可
動体４０５Ｂがクランプされた場合でも、コーナーミラ
ー４６１Ｘ，４６２Ｘ、干渉計ユニット４７０Ｂ，４７
０Ｃによる位置フィードバック系と制御回路５１０によ
り、可動子としてのコイル部４０５Ａ，４０６Ａがサー
ボ制御され続けるため、主可動体５００は制御回路５１
０が指定した目標Ｘ位置（ＩＦｘ１とする）に静止し続
ける。
【０２１８】その後、制御回路５１０はエンコーダセッ
ト５０５Ａ，５０５Ｂからの計測信号を読み込むことで
カウンター可動体４０５ＢがクランプされているＸ位置
（Ｅｘ１´とする）を検知し、主可動体５００の目標位
置ＩＦｘ１とカウンター可動体４０５Ｂの係止位置Ｅｘ
１´とに基づいて、主可動体５００とカウンター可動体
４０５Ｂとの相対位相のずれ量を算出する。
【０２１９】ここで、図２５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を
参照して、その相対位相のずれ量の求め方について簡単
に説明する。図２５（Ａ）は、主可動体５００とカウン
ター可動体４０５Ｂとの関係のみを模式的に表した図で
あり、レチクルステ−ジベ−ス１４上に定められる仮想
的な中立点のＸ方向位置ＰＥ０に対して、主可動体５０
０の重心点のＸ方向位置ＰＥ１とカウンター可動体４０
５Ｂの重心点のＸ方向位置ＰＥ２とが一致している場合
である。
【０２２０】図２５（Ｂ）は、先の図２３（Ａ）と同様
に主可動体５００がＸ方向の右側に移動し、カウンター
可動体４０５ＢがＸ方向の左側に移動した場合を示すも
ので、ここでは、運動量保存則に従った移動動作の直後
に主可動体５００の位置ＰＥ１が中立位置ＰＥ０から距
離Ｌｘ１のところに停止し、カウンター可動体４０５Ｂ
の位置ＰＥ２が中立位置ＰＥ０から距離Ｌｘ２のところ
に停止しているものとする。
【０２２１】従って主可動体５００とカウンター可動体
４０５Ｂとの相対位相にずれが無いと言うことは、距離
Ｌｘ１とＬｘ２との間に主可動体５００とカウンター可
動体４０５Ｂの各質量の比に対応した一義的な比例関係
が成立していることを意味するので、その比例関係の崩
れ方を検知すれば、相対位相のずれ量が判ることにな
る。
【０２２２】その距離Ｌｘ１，Ｌｘ２の関係は、結局の
ところ、干渉計ユニット４７０Ｂ，Ｃとエンコーダセッ
ト５０５Ａ，Ｂとの各々で計測されるＸ方向の位置情報
の関係に置き換えて求められる。図２５（Ｃ）は、図２
５（Ｂ）の状態において干渉計ユニット４７０Ｂ，Ｃと
エンコーダセット５０５Ａ，Ｂの各々で計測される位置
情報の出力状態を模式的に表したグラフである。
【０２２３】図２５（Ｃ）において、横軸はレチクルス
テ−ジベ−ス１４上に設定される座標系における各可動
体５００，４０５Ｂの絶対位置を表し、左側の縦軸は干
渉計ユニット４７０Ｂ，Ｃの読み値を表し、右側の縦軸
はエンコーダセット５０５Ａ，Ｂの読み値を表し、右上
がりの実線が干渉計ユニット４７０Ｂ，Ｃの読み値の変
化特性であり、右下がりの破線がエンコーダセット５０
５Ａ，Ｂの読み値の変化特性である。但しここで言う干
渉計ユニット４７０Ｂ，Ｃの読み値とは、各干渉計ユニ
ット４７０Ｂ，Ｃから個別に出力されるＸ方向の位置情
報を図２３の制御回路５１０内の演算部によって加算平
均した値（[Ｘb＋Ｘc]／２）を意味する。
【０２２４】この図２５（Ｃ）のようなグラフからも明
らかなように、干渉計ユニット４７０Ｂ，Ｃの読み値が
ＩＦｘ２→ＩＦｘ０→ＩＦｘ１と変化すると、エンコー
ダセット５０５Ａ，Ｂの読み値はＥｘ２→Ｅｘ０→Ｅｘ
１と変化する。運動量保存側が正しく作用していれば、
主可動体５００が停止している位置ＰＥ1に対する干渉
計ユニット４７０Ｂ，Ｃの読み値はＩＦｘ１（目標Ｘ位
置）であり、カウンター可動体４０５Ｂが停止している
位置ＰＥ２に対するエンコーダセット５０５Ａ，Ｂの読
み値はＥｘ１である。
【０２２５】同様に、運動量保存側が正しく作用してい
れば、干渉計ユニット４７０Ｂ，Ｃの読み値ＩＦｘ０と
エンコーダセット５０５Ａ，Ｂの読み値Ｅｘ０とが対応
し、干渉計ユニット４７０Ｂ，Ｃの読み値ＩＦｘ２とエ
ンコーダセット５０５Ａ，Ｂの読み値Ｅｘ２とが対応し
ているので、制御回路５１０は干渉計ユニット４７０
Ｂ，Ｃの読み値とエンコーダセット５０５Ａ，Ｂの読み
値との正しい対応関係を予め記憶している。
【０２２６】そこで記憶する情報としては、主可動体５
００の移動ストロークのほぼ両端に相当する干渉計読み
値ＩＦｘ１，ＩＦｘ２の２点、カウンター可動体４０５
Ｂの移動ストロークのほぼ両端であって干渉計読み値Ｉ
Ｆｘ１，ＩＦｘ２の各々に対応したエンコーダ読み値Ｅ
ｘ１，Ｅｘ２の２点、及び理想状態における主可動体５
００とカウンター可動体４０５Ｂの移動距離の比例定数
Ｋｄ（Ｌｘ１／Ｌｘ２）としてもよい。
【０２２７】ところが相対位相にずれが生じた場合、主
可動体５００の停止している位置ＰＥ1に対する干渉計
ユニット４７０Ｂ，Ｃの読み値がＩＦｘ１（目標Ｘ位
置）であっても、カウンター可動体４０５Ｂの停止して
いる位置が理想位置であるＰＥ１からずれたＰＥ２´と
なり、エンコーダセット５０５Ａ，Ｂの読み値が例えば
Ｅｘ１´になることがある。
【０２２８】そこで、そのずれ量ΔＥｘをＥｘ１−Ｅｘ
１´の演算によって求め、その値に比例定数Ｋｄを乗算
すると、カウンター可動体４０５Ｂの停止位置ＰＥ２´
との相対位相が正しく保たれる主可動体５００の理想的
な位置ＰＥ１´を、ＰＥ１´＝ＰＥ１−（ΔＥｘ・Ｋ
ｄ）の演算によって求めることができる。ここで位置Ｐ
Ｅ１はサーボロックされる目標Ｘ位置としての干渉計読
み値ＩＦｘ１であるので、理想的な位置ＰＥ１´（ずれ
た相対位相が是正される位置）に対応した干渉計読み値
ＩＦｘ１´は、 ＩＦｘ１´＝ＩＦｘ１−（ΔＥｘ・Ｋｄ） …… （式１０） の式によって簡単に求められる。
【０２２９】そこで再び図２３（Ａ）を参照すると、制
御回路５１０は上記の演算式（１０）によって主可動体
５００の理想位置である読み値ＩＦｘ１´が新たな目標
位置となるようにリニアモータのコイル部４０５Ａ，４
０６Ａをサーボ制御する。これによって主可動体５００
は、例えば図２３（Ａ）中の矢印Ｊ１のように移動する
が、このときクランプされていないカウンター可動体４
０６Ｂは矢印Ｊ２のように運動量保存則に従って逆方向
に移動する。
【０２３０】そして図２３（Ｂ）に示すように、主可動
体５００は係止機構５０３のクランプ直後の位置からΔ
ＸＳ１だけ移動した位置に停止し、これによってカウン
ター可動体４０５Ｂと主可動体５００との相対位相の補
正が完了する。このとき、クランプされていないカウン
ター可動体４０６Ｂは、クランプ中のカウンター可動体
４０５Ｂに対してΔＰｘ２の位置ずれを伴って停止して
いる。尚、図２３（Ｂ）中の移動量ΔＸＳ１が図２５
（Ｃ）における位置ＰＥ１から位置ＰＥ１´までの距離
であることは言うまでもない。
【０２３１】次に、図２４（Ａ）に示すように制御回路
５１０は係止機構５０３の付勢を解除するとともに、係
止機構５０２に駆動信号を出力し、カウンター可動体４
０６Ｂをレチクルステ−ジベ−ス１４上にクランプす
る。その直後に制御回路５１０はエンコーダセット５０
４Ａ，Ｂにより計測されるカウンター可動体４０６Ｂの
位置情報Ｅｘｎ´を読み込み、先の式（１０）と同様の
演算によって主可動体５００とカウンター可動体４０６
Ｂとの相対位相のずれを是正するために必要な主可動体
５００のＸ方向の移動量、または新たな目標Ｘ位置を演
算により求める。
【０２３２】但し、運動量保存則に従った主可動体５０
０とカウンター可動体４０６Ｂとの相対移動距離の比例
定数Ｋｄの値は、先の式（１０）中で用いたものと若干
異なることもあるので、その場合は専用の比例定数の値
に置き換えてから式（１０）の演算を行えばよい。その
後、制御回路５１０は干渉計ユニット４７０Ｂ，Ｃから
の位置計測情報を読み込みつつ、新たな目標Ｘ位置との
差分を逐次計算し、その差分を零にするようなサーボ駆
動信号を２つのリニアモータの各コイル部４０５Ａ，４
０６Ａに出力する。これによって、主可動体５００は図
２４（Ａ）中の矢印Ｊ３の方向に移動し、クランプされ
ていないカウンター可動体４０５Ｂは運動量保存則に従
って矢印Ｊ４のように逆方向に移動する。
【０２３３】図２５（Ｂ）は主可動体５００が新たな目
標Ｘ位置に向けてΔＸＳ２だけ移動した直後の状態を示
し、これによって主可動体５００とカウンター可動体４
０６Ｂと相対位相が正しい関係に補正されたことにな
る。この際、両側のカウンター可動体４０５Ｂ，４０６
ＢのＸ方向の相対位置ずれΔＰｘ３は、原理的にはほぼ
零となるが、各エンコーダセット５０４，５０５の計測
分解能程度の誤差は残存し得る。しかしながら、この程
度の誤差は実際の装置運用上ではほとんど問題とはなら
ない。
【０２３４】以上のようにして主可動体５００とカウン
ター可動体４０６Ｂの相対位相が補正されると、制御回
路５１０は、係止機構５０２によるカウンター可動体４
０６Ｂのクランプを解放することで一連のＡＮＲＥＳ
（自動復帰）制御モードを終了し、以後は干渉計ユニッ
ト４７０Ｂ，Ｃの読み値をフィードバック情報として２
つのリニアモータのコイル部４０５Ａ，４０６Ａ（及び
図１９、２０に示した微動用のリニアモータ４５５，４
５６，４５７）をサーボ制御する通常の走査制御モード
に切り替わる。
【０２３５】以上、本実施例によればＡＮＲＥＳ機能と
して２つのカウンター可動体の主可動体５００に対する
位相関係を、主可動体を駆動するための各リニアモータ
を使って個別に復元できるようにしたので、別途に復帰
用のモータを設ける必要がなく、装置構成が簡単になる
とともに、コスト削減にも寄与するといった利点が得ら
れる。
【０２３６】また上記の実施例のように２つのカウンタ
ー可動体の復元動作をシーケンシャルに続けて行うだけ
でなく、適当な動作を間に挟んで離散的に行うこともで
きる。例えば、１枚のウェハの露光動作中であっても、
あるショット領域に対するステッピング時間が相対的に
長いときを見計らって、その間に２つのカウンター可動
体のうちの一方に対して復元動作を行い、引き続く数シ
ョットの露光動作の後に他方のカウンター可動体に対し
て復元動作を行うようにしてもよい。
【０２３７】また本実施例では、図２３（Ａ），（Ｂ）
や図２４（Ａ），（Ｂ）で説明したように、主可動体５
００がＸ方向の最も左側に位置するときにＡＮＲＥＳ動
作を行うものとしたが、これはその位置がレチクルＲの
交換位置等に当るために比較的に滞留時間が長く、ＡＮ
ＲＥＳ動作を行うことによるスループット低下の律速条
件になり難いと言う理由からである。しかしながら、Ａ
ＮＲＥＳ動作を行う位置は、２つのカウンター可動体を
レチクルステ−ジベ−ス１４にクランプする係止機構の
構成や配置によって任意に設定することができる。
【０２３８】例えば、先に説明したように各カウンター
可動体のエアベアリング４０８Ａ，Ｂや４０９Ａ，Ｂを
一時的に真空吸着パッドに切替える方式の係止機構を採
用した場合、ＡＮＲＥＳ動作は主可動体５００の移動ス
トローク内であればどの位置でも可能となる。尚、本実
施例の図２３、２４のような復元動作は先の図１７に示
したレチクルステージ装置にも同様に適用できることは
言うまでもない。尚、図１９〜２１に示したレチクルス
テージ装置においては、説明を省略したが、粗動ステー
ジ部４００のＸ方向の位置と速度とを単独に計測する１
軸のレーザ干渉計ユニット（粗動用１軸干渉計ユニット
とする）も設けられ、図２３、２４で説明した制御回路
５１０は、その粗動用１軸干渉計ユニットからの位置情
報や速度情報を使って各リニアモータセットの磁石ユニ
ット４０５Ｂ，４０６Ｂによるカウンター可動体と粗動
ステージ部４００との相対位相のずれを補正する。
【０２３９】従って、図２３、２４中に示した相対位相
誤差の補正時は干渉計ユニット４７０Ｂ，４７０Ｃの代
わりに粗動用１軸干渉計ユニットが使われ、通常の走査
露光時は粗動用１軸干渉計から出力される速度情報が指
令された速度になるように粗動ステージ部４００（コイ
ル部４０５Ａ，４０６Ａ）が速度サーボされ、微動ステ
ージ部４５０用のリニアモータ４５５，４５６，４５７
は走査移動位置が時間とともに変化し得る所定のＸＹθ
位置と一致するように位置サーボされる。
【０２４０】《第７の実施形態》次に、図２６を参照し
て運動量保存則が適用されるレチクルステージ装置の全
体構成の変形例を説明するが、基本構造は先の図１９〜
２１と同じであるため、そこで例示した部材と同一の機
能のものには同じ符号をつけてある。また本実施例では
ＡＮＲＥＳ機構として特別な係止機構を設ける代わり
に、別途復帰用のリニアモータ５２０Ａ，Ｂと５２２
Ａ，Ｂ（図２６では省略）とを設ける。
【０２４１】図２６に示すように、本実施例においては
Ｌ字型に成型されたセラミック製の粗動ステージ部４０
０と矩形フレーム状に成型されたセラミック製の微動ス
テージ部４５０とがレチクルステ−ジベ−ス１４上に並
置され、それらの間に３個の微動用リニアモータＹＬＭ
０，ＸＬＭ１，ＸＬＭ２が設けられる。先の図１９の構
成と異なる点は、ステップ＆スキャン露光時の走査方向
（Ｘ方向）の微動とθ方向の微動を、Ｘ方向に推力を発
生する２個のリニアモータＸＬＭ１，ＸＬＭ２で受け持
ち、非走査方向（Ｙ方向）の微動を１個のリニアモータ
ＹＬＭ０で受け持つようにしたことである。
【０２４２】このような粗微動構造のステージ装置の場
合、微動用アクチュエータは非走査方向に比べて走査方
向について極めて大きな推力（トルク）を発生するもの
が必要とされる。このため、本実施例では走査方向に推
力を発生する２個のリニアモータＸＬＭ１，ＸＬＭ２を
非走査方向に適当に離間して設けることで、粗動ステー
ジ部４００が加減速している間であっても、その加速度
に抗して十分な応答速度で微動ステージ部４５０をＸ方
向とθ方向とに微動できるようにした。
【０２４３】尚、３個の微動用リニアモータＹＬＭ０，
ＸＬＭ１，ＸＬＭ２は、いずれも永久磁石ユニットが微
動ステージ部４５０側に固定され、コイルユニットが粗
動ステージ部４００側に固定されるＭＭ型（ムービング
マグネット型）で構成されるが、これは必ずしも必須の
ことではなく、場合によっては３個の全て又は一部につ
いて磁石ユニットとコイルユニットの配置を逆にしたＭ
Ｃ（ムービングコイル）型にしてもよい。
【０２４４】また、本実施例では粗動ステージ部４００
を大きく移動させるリニアモータとして、円筒状のケー
ス内に円板状またはドーナツ状の強力な永久磁石の多数
個をＸ方向に積層した円柱型の固定子（４０５Ｂ，４０
６Ｂ）と、その固定子の周りを環状に包むようなコイル
巻き線を収納した可動子（４０５Ａ，４０６Ａ）とを組
み合わせたシャフト型リニアモータを用いる。
【０２４５】このようなシャフト型リニアモータは可動
子としてのコイル巻き線の構造が簡単であるとともに、
固定子内の磁石列の組み立ても容易であるため、同じ推
力特性を得るのであれば、図１９に示した典型的なリニ
アモータ４０５，４０６と比べて格安に入手できるこ
と、投入エネルギー（電力）に対する出力エネルギー
（推力トルク）の変換効率が高いと言った効果が得られ
る。さらにコイル巻き線の構造が単純なので、冷却用ク
ーラントを可動子（４０５Ａ，４０６Ａ）内に供給する
際の内部循環路の構造を単純にでき、冷却効率を高めら
れると言った利点も得られる。
【０２４６】そして本実施例では、シャフト型リニアモ
ータの固定子としての円柱状磁石ユニット４０５Ｂ，４
０６Ｂの各々を、リニアスライダー方式のエアベアリン
グ部材４０８Ａ，４０８Ｂ，４０９Ａ，４０９Ｂに固定
し、レチクルステ−ジベ−ス１４の両側に形成されたガ
イド面１４Ａ，１４Ｂに沿ってＸ方向に直線移動可能に
する。その際、エアベアリング部材４０９Ａ，４０９Ｂ
は円柱状磁石ユニット４０５Ｂの長手方向の両端に固定
され、エアベアリング部材４０８Ａ，４０８Ｂは円柱状
磁石ユニット４０６Ｂの長手方向の両端に固定される。
【０２４７】これにより、円柱状磁石ユニット４０５Ｂ
とエアベアリング部材４０９Ａ，４０９Ｂは第１のカウ
ンター可動体としてレチクルステ−ジベ−ス１４上を一
体にＸ方向に移動可能となり、円柱状磁石ユニット４０
６Ｂとエアベアリング部材４０８Ａ，４０８Ｂは第２の
カウンター可動体としてレチクルステ−ジベ−ス１４上
を一体にＸ方向に移動可能となる。
【０２４８】シャフト型リニアモータの可動子としての
円筒状コイルユニット４０５Ａ，４０６Ａの各々は、そ
の内周壁が対応する円柱状磁石ユニット４０５Ｂ，４０
６Ｂの外周壁と１〜４ｍｍ程度のギャップを保って位置
するように、適当な結合部材を介して粗動ステージ部４
００に取り付けられる。粗動ステージ部４００の下面に
は、レチクルステ−ジベ−ス１４の上表面との間にはエ
アベアリングを形成するためのパッド４０１Ａ，４０１
Ｂ，４０１Ｃ（４０１Ｂ，Ｃは不図示）が設けられる。
【０２４９】また粗動ステージ部４００のＸ方向に伸び
た端部側（シャフト型モータ４０６側）には、レチクル
ステ−ジベ−ス１４の側面ガイド面１４Ｂとの間にＹ方
向のエアベアリングを形成するためのパッド４０２が設
けられ、このパッド４０２は真空与圧型または磁力与圧
型のコンビネーションパッドで構成される。一方、微動
ステージ部４５０の下面には、レチクルステ−ジベ−ス
１４の上表面との間にエアベアリングを形成するための
パッド４５１Ａ，４５１Ｂ，４５１Ｃ，４５１Ｄ（４５
１Ｃ，Ｄは不図示）が設けられ、微動ステージ部４５０
の上面部には、レーザ干渉計による測長のために、直線
ミラー（図１９中の４６０Ｙに相当）用の載置部ＰＤｙ
と２つのコーナーミラー（図１９中の４６１Ｘ，４６２
Ｘに相当）用の載置部ＰＤｘ１，ＰＤｘ２とが形成され
ている。
【０２５０】このような基本構造に加えて、本実施例で
はカウンター可動体となるシャフト方モータの円柱状磁
石ユニット４０５Ｂ，４０６Ｂの移動位置を計測するリ
ニアエンコーダセット５０４Ａ，５０４Ｂ，５０５Ａ，
５０５Ｂ（５０５Ａ，Ｂは不図示）を先の図２２と同様
に設けるが、ここではエンコーダセットのスケール部５
０４Ｂ（５０５Ｂ）をレチクルステ−ジベ−ス１４に固
定し、読取りヘッド部５０４Ａ（５０５Ａ）をエアベア
リング部４０８Ａ（４０９Ａ）に固定する。
【０２５１】また、ＡＮＲＥＳ機構としてのリニアモー
タセット５２０，５２２（５２２は不図示）が夫々エア
ベアリング部材４０８Ｂ，４０９Ｂに設けられ、リニア
モータセット５２０（５２２）の固定子５２０Ａ（５２
２Ａ）はレチクルステ−ジベ−ス１４の側部に適当な弾
性シート材（ゴム板等）を介して取り付けられ、可動子
５２０Ｂ（５２２Ｂ）はエアベアリング部材４０８Ｂ
（４０９Ｂ）に取り付けられる。
【０２５２】このリニアモータセット５２０，５２２
は、ローレンツ力を推力とするＶＣＭ型、リアクタンス
力を推力とする電磁石型（ソーヤモータ等）のいずれで
あってもよく、磁石ユニットとコイルユニットをどちら
に取り付けるかも任意であるが、固定子５２０Ａと可動
子５２０Ｂのうち、重量の大きい方をカウンター可動体
の質量の一部とすべくエアベアリング部材４０８Ｂ（４
０９Ｂ）側に設けるのがよい。
【０２５３】以上の構成において、シャフト型モータの
円柱状磁石ユニット４０６Ｂ（４０５Ｂ）をレチクルス
テ−ジベ−ス１４上に支持するエアベアリング部材４０
８Ａ，Ｂ（４０９Ａ，Ｂ）は、図示のようにレチクルス
テ−ジベ−ス１４のガイド面１４Ｂ（１４Ａ）上で２つ
に分離されているが、一体化してもよい。しかしなが
ら、各リニアモータのコイルユニットからの発熱の影響
を受けて、円柱状磁石ユニット４０６Ｂ（４０５Ｂ）の
ケースがＸ方向に膨張した場合を考慮すると、エアベア
リング部材４０８Ａ，Ｂ（４０９Ａ，Ｂ）は２つに分離
していた方が有利である。
【０２５４】またシャフト型モータの各円柱状磁石ユニ
ット４０６Ｂ（４０５Ｂ）とエアベアリング部材４０８
Ａ，Ｂ（４０９Ａ，Ｂ）とはネジや接着剤等によって強
固に結合してもよいが、円筒状コイルユニット４０６Ａ
（４０５Ａ）に大きな駆動信号を供給して大きな加速度
を発生させる場合、各円柱状磁石ユニット４０６Ｂ（４
０５Ｂ）にＸ方向の大きな反力が瞬間的に生じ、その振
動成分がエアベアリング部材４０８Ａ，Ｂ（４０９Ａ，
Ｂ）を介してレチクルステ−ジベ−ス１４に伝わる可能
性もある。
【０２５５】そこで各円柱状磁石ユニット４０６Ｂ（４
０５Ｂ）とエアベアリング部材４０８Ａ，Ｂ（４０９
Ａ，Ｂ）との間に、弾性体によるショック・アブソーバ
（ゴム、バネ、エアピストン、粘性流体等）を介在させ
て、Ｘ方向については例えば１〜数ｍｍ程度だけ相対微
動できる構造にし、粗動ステージ部４００を加減速させ
る際に生じる高い周波数の振動成分を吸収するようにし
てもよい。
【０２５６】図２７は、そのようなショック・アブソー
バの構造の一例を示す部分断面図であり、ここでは１ヶ
所のエアベアリング部材４０８Ａと円柱状磁石ユニット
４０６Ｂとの間に設けられたアブソーバの構造を例示す
るが、他のエアベアリング部材４０８Ｂ，４０９Ａ，４
０９Ｂの各々についても同様のアブソーバ構造が設けら
れる。
【０２５７】図２７において、内部に円板状またはドー
ナツ状の磁石Ｍｇｎを積層した円柱状磁石ユニット４０
６Ｂの端部には、剛体による円柱部材６００が固定さ
れ、その外周部には円柱部材６００をＸ方向に滑らかに
スライド可能なスラストベアリング６０１が配置され、
そのベアリング６０１はゴム等の弾性体による環状シー
ト材６０２を介してエアベアリング部材４０８Ａの座繰
り穴４０８Ａ１の内部に取付けられる。
【０２５８】さらに円柱部材６００の左端面部とエアベ
アリング部材４０８Ａ１の座繰り穴の内壁との間には、
Ｘ方向に伸縮するコイルバネ６０３が配置され、そのテ
ンションは調整用ツマミ部材６０４を操作することで適
当な強さに調整可能である。また、エアベアリング部材
４０８Ａの座繰り穴４０８Ａ１の入り口付近と円柱部材
６００（或いは円柱状磁石ユニット４０６Ｂ）との間の
空隙は、防塵のためにベローズ状の環状シートカバー６
０５によって密封される。
【０２５９】以上の構成において、シャフト型モータの
円柱状磁石ユニット４０６ＢにＸ方向の加速度が生じる
と、スラストベアリング６０１の作用によって円柱部材
６０１と円柱状磁石ユニット４０６Ｂは一体となってＸ
方向のみに微動し、それと直交したＹ，Ｚ方向の各々に
ついては位置規制される。但し、円柱状磁石ユニット４
０６ＢはＹ，Ｚ方向についてもミクロンオーダーで微小
振動し得るので、そのＹ，Ｚ方向についての微小振動成
分は環状シート材６０２の弾性変形で吸収するようにす
る。
【０２６０】そしてコイルバネ６０３の作用によって、
円柱状磁石ユニット４０６ＢのＸ方向の振動成分は抑制
され得るが、その抑制の度合いはコイルバネ６０３のテ
ンション／伸縮量の比によって決まるため、調整用ツマ
ミ部材６０４で最適な状態に調整するのが望ましい。ま
たコイルバネ６０３としては、図２７のようなアブソー
バ構造を円柱状磁石ユニット４０６Ｂの両端部に設ける
のであれば、バネによって円柱状磁石ユニット４０６Ｂ
をＸ方向に微動できるので、２つに分離しておいたエア
ベアリング部材４０８Ａ，４０８Ｂを機械的に結合した
構造、又は一体化構造にしてもよい。
【０２６１】次に図２８を参照して図２６のレチクルス
テージ装置の制御システムの概略的な構成と動作を説明
する。図２８では、図２６で説明したのと同じ部材には
同一の符号をつけてあるが、併せて図２６で図示を省略
した幾つかの構成部材、即ちレーザ干渉計ユニット４７
０Ａ〜４７０Ｃ、微動ステージ部４５０に固定された移
動鏡４６０Ｙとコーナーミラー４６１Ｘ，４６２Ｘ、及
び粗動ステージ部４５０に固定されたコーナーミラー６
２５とレーザ干渉計ユニット６２７についても示してあ
る。
【０２６２】このコーナーミラー６２５と干渉計ユニッ
ト６２７とは、先の図１９〜２２の実施例で示した粗動
ステージ部４００に対しても全く同様に設けられるもの
であり、以下に説明する制御系の構成と動作も図１９〜
２２の実施例に対して同様に適用される。そして図２８
の制御系には、干渉計ユニット４７０Ａ〜４７０Ｃと干
渉計ユニット６２７の各々からの計測情報を入力するフ
ィードバックインターフェース回路系（以下、ＦＢＩＦ
系とする）６２０と、そのＦＢＩＦ系６２０で生成され
る位置情報６２０Ａや速度情報６２０Ｂと、目標情報
（位置指令値や速度指令値）６２２Ｆとを受けるサーボ
駆動回路系６２２と、カウンター可動体の相対位相を所
期状態に復元、修正するリニアモータセット５２０，５
２２の各可動子（コイルユニット）５２０Ａ，５２２Ａ
を制御するＡＮＲＥＳ駆動回路系６３０とが設けられて
いる。
【０２６３】この図２８の制御系においては、目標情報
６２２Ｆが与えられると、粗動ステージ部４００が現在
のＸ位置から目標Ｘ位置まで所定の速度特性（ほぼ台形
制御）で移動するように、干渉計ユニット６２７からの
計測情報をフィードバック情報にして粗動用のリニアモ
ータのコイル部４０５Ａ，４０６Ａに駆動電流を供給す
る。その移動がウェハ上の１ショット領域に対する走査
露光時のものであるときは、その移動速度が例えば１２
００ｍｍ／Secに精密に速度制御される。
【０２６４】一方、１ショット領域に対する走査露光の
シーケンス中は、粗動ステージ部４００の移動Ｘ位置に
追従しつつ、ウェハステージ側の干渉計で計測されるウ
ェハの移動座標位置（Ｘw，Ｙw，θw）とレチクル微動
ステージ部４５０の移動座標位置（Ｘr，Ｙr，θr）と
の差分が限りなく零に追い込まれるような駆動電流が微
動用のリニアモータのコイルユニットＹＬＭ０，ＸＬＭ
１，ＸＬＭ２の各々にサーボ駆動回路系６２２から常時
供給される。
【０２６５】この際、サーボ駆動回路系６２２は、目標
情報６２２Ｆとともに送られてくるウェハの移動座標位
置（Ｘw，Ｙw，θw）のうちウェハの回転位置θwと干渉
計ユニット４７０Ｂ，４７０Ｃで計測されるレチクルの
回転位置θrとの単純な差分演算によって回転誤差量Δ
θwrを求め、この誤差量がゼロに追い込まれるように主
に２つのコイルユニットＸＬＭ１，ＸＬＭ２を駆動す
る。
【０２６６】微動ステージ部４５０のＹ方向（非走査方
向）位置に関しては、主にコイルユニットＹＬＭ０の駆
動によって、干渉計ユニット４７０Ａで計測されるレチ
クルのＹ方向位置Ｙrとウェハの移動座標位置（Ｘw，Ｙ
w，θw）のうちウェハのＹ方向位置Ｙwとの距離関係が
ウェハ上換算で数十nm以下の誤差範囲に保たれるように
サーボ制御される。
【０２６７】一方、微動ステージ部４５０のＸ方向（走
査方向）位置に関しては、干渉計ユニット４７０Ｂ，４
７０Ｃで計測されるＸ方向位置Ｘrとウェハの移動座標
位置（Ｘw，Ｙw，θw）のうちウェハのＸ方向位置Ｘwと
の距離関係が、ウェハ上の露光すべきショット領域の配
置に応じた一定の状態で変化するように、サーボ駆動回
路系６２２によって主に２つのコイルユニットＸＬＭ
１，ＸＬＭ２が駆動される。
【０２６８】以上の３つのコイルユニットＹＬＭ０，Ｘ
ＬＭ１，ＸＬＭ２は、サーボ駆動回路系６２２内のクロ
ックによって０．１ｍＳ以下の応答周波数で同時制御さ
れるため、微動ステージ部４５０が走査露光中（Ｘ方向
移動中）にＹ，θ方向の各々に単独に動くか否かは全く
保証されておらず、その移動ベクトルは主にウェハステ
ージ側の干渉計で計測されるウェハの移動ベクトルに従
ったものとなる。
【０２６９】そして図２８におけるＡＮＲＥＳ駆動系６
３０は、サーボ駆動回路系６２２による粗動ステージ部
４００、微動ステージ部４５０の動作とは独立して相対
位相補正用のリニアモータセット５２０，５２２の可動
子（コイル）５２０Ａ，５２２Ａをサーボ制御するが、
そのサーボ制御に当ってはフィードバックインターフェ
ース回路６２０を介して干渉計ユニット６２７で計測さ
れる粗動ステージ部４００のＸ方向の位置情報と速度情
報が使われるとともに、エンコーダセット５０４，５０
５の各読み取りヘッド５０４Ａ，５０５Ａからの位置情
報が使われる。
【０２７０】本実施例におけるＡＮＲＥＳ駆動系６３０
は、粗動ステージ部４００と微動ステージ部４５０とを
含む主可動体とシャフト型モータの円筒状磁石ユニット
４０５Ｂを含む第1のカウンター可動体との相対位相、
及びシャフト型モータの円筒状磁石ユニット４０６Ｂを
含む第２のカウンター可動体と主可動体との相対位相
を、常に所期状態（相対位相の誤差量として例えば±１
ｍｍ程度）に保つようなサーボ制御を行う。
【０２７１】ところで、本実施例で設けたＡＮＲＥＳ用
のリニアモータセット５２０，５２２は、カウンター可
動体としての円柱状磁石ユニット４０６Ｂ，４０５Ｂの
定盤１４上での可動ストロークの全体に渡って、固定子
５２０Ａと可動子５２０Ｂとが対峙するような構成でも
良いし、円柱状磁石ユニット４０６Ｂ，４０５Ｂの可動
ストロークの両側付近でだけ対峙するような構成でも良
い。
【０２７２】カウンター可動体（４０５Ｂ，４０６Ｂ
等）と主可動体（４００，４５０等）の相対位相を、ス
テップ＆スキャン方式で各ショット領域を露光していく
際の各スキャン動作の完了時（粗微動ステージ部４０
０，４５０のＸ方向の移動ストロークの両端側で停止し
た状態のとき）に補正するだけならば、固定子５２０Ａ
と可動子５２０Ｂの対峙をカウンター可動体４０６Ｂ
（４０５Ｂ）の可動ストロークの両側付近だけに限定し
ても良い。
【０２７３】しかしながら、カウンター可動体（４０５
Ｂ，４０６Ｂ等）の可動ストロークの全体に渡って固定
子５２０Ａと可動子５２０Ｂとが対峙し得るような構成
にしておくと、カウンター可動体４０６Ｂ（４０５Ｂ）
の運動特性の改善により、粗微動ステージ部４００，４
５０の走査露光時の速度特性（特に加減速時の速度の滑
らかさ）を向上できると言った利点が得られる。
【０２７４】そのように運動特性を改善するために、図
２８に示したＡＮＲＥＳ駆動回路系６３０は２つの制御
モードで各リニアモータセット５２０，５２２をサーボ
制御する。その様子を図２９のタイムチャートを参照し
て簡単に説明する。図２９（Ａ），（Ｂ）において横軸
は時間ｔを表し、図２９（Ａ）は縦軸を粗動ステージ部
４００とカウンター可動体（円柱状磁石ユニット４０５
Ｂ，４０６Ｂ等）の各々のＸ方向位置としたときの各移
動特性を表し、図２９（Ｂ）はＡＮＲＥＳ駆動回路系６
３０の制御モードの切替えタイミングを表している。
【０２７５】図２９（Ａ）において、時刻ｔ１で粗動ス
テージ部４００が位置Ｐｘａ´から１ショット露光のた
めに移動を開始すると、時刻ｔ２で位置Ｐｘａに達する
までに粗動ステージ部４００は所定の等速移動状態にな
り、時刻ｔ２で露光用照明光のレチクルＲへの照射が開
始される。その後、粗動ステージ部４００がＸ方向の中
間位置ＰＥ０を通過して時刻ｔ３で位置Ｐｘｂに到達す
ると、露光用照明光の照射が中止され、粗動ステージ部
４００は時刻ｔ４で位置Ｐｘｂ´に静止するように減速
される。
【０２７６】以上の走査移動のシーケンスにおいて、時
刻ｔ１〜ｔ４の時間ＴＳａがステージ移動期間であり、
時刻ｔ２〜ｔ３の時間Ｔ−ＭＳａが実際のショット露光
期間である。その時刻ｔ４以降、粗動ステージ部４００
はウェハステージのステッピング（期間Ｔｐｐ）のため
に時刻ｔ５まで静止し続け、時刻ｔ５からは逆方向の加
速移動を開始し、時刻ｔ６で位置Ｐｘｂに達する前まで
に等速状態に制御される。
【０２７７】そして時刻ｔ６〜ｔ７の時間Ｔ−ＭＳｂの
間に、ウェハステッピング後の次のショットに対する露
光（露光用照明光の照射）が行われ、粗動ステージ部４
００は時刻ｔ７で位置Ｐｘａ´に到達してから減速を開
始し、時刻ｔ８で位置Ｐｘａに静止する。このショット
に対する露光時間Ｔ−ＭＳｂが、ここではそのウェハに
対する最後の露光ショットだとすると、時刻ｔ９以降は
ウェハＷの交換作業、即ちウェハのアンロード期間とな
る。
【０２７８】一方、２つのカウンター可動体（４０５
Ｂ，４０６Ｂ）の移動特性は、粗動ステージ部４００の
移動特性の位相を１８０°反転させて移動ストローク
（グラフ上の振幅）を縮小したようなものとなり、運動
量保存則に従った移動が行われる。その際、図２９
（Ｂ）に示すように１枚のウェハに対する走査露光の期
間中は、ＡＮＲＥＳ駆動回路系６３０がカウンター可動
体（４０５Ｂ，４０６Ｂ）の速度特性を補償（改善）す
るようなサーボ制御（速度制御）方式で各リニアモータ
セット５２０，５２２のコイルユニット５２０Ａ，５２
２Ａを個別に駆動する。
【０２７９】具体的には、エンコーダセットの読取りヘ
ッド部５０４Ａ，５０５Ａから出力される位置計測用の
アップダウンパルス信号の周波数（又はパルス周期）変
化に基づいて、各カウンター可動体（４０５Ｂ，４０６
Ｂ）の速度に比例した信号Ｖｓｆ１，Ｖｓｆ２をＡＮＲ
ＥＳ駆動回路系６３０内で生成し、干渉計６２７で計測
される粗動ステージ部４００の走査速度に対応した信号
Ｖｃｏをフィードバックインターフェース回路６２０内
で生成する。
【０２８０】そしてＡＮＲＥＳ駆動回路系６３０は、フ
ィードバックインターフェース回路６２０からの信号Ｖ
ｃｏで表される粗動ステージ部４００の実速度（或いは
粗動ステージ部４００の規格上の目標速度）と、信号Ｖ
ｓｆ１，Ｖｓｆ２で表される各カウンター可動体（４０
５Ｂ，４０６Ｂ）の実速度との各比例関係が所定値から
どれぐらい変位しているのかを求め、その偏差分の方向
と大きさに応じて各リニアモータセット５２０，５２２
のコイルユニット５２０Ａ，５２２Ａを個別に速度フィ
ードバック制御する。
【０２８１】このように、走査露光期間中は各リニアモ
ータセット５２０，５２２を速度フィードバック制御す
ることにより、各カウンター可動体（４０５Ｂ，４０６
Ｂ）の運動特性上にダンピング効果を持たせることがで
き、各カウンター可動体（４０５Ｂ，４０６Ｂ）が移動
するときに生じ得る高い周波数成分の速度ムラを抑える
ことができる。このため、粗動ステージ部４００の加減
速時に生じ易いカウンター可動体（４０５Ｂ，４０６
Ｂ）との相対位相のずれを著しく低減することが可能と
なる。
【０２８２】こうして１枚のウェハに対する走査露光が
終わり、ウェハをアンロードするとともに新たなウェハ
をローディングする間、粗動ステージ部４００とカウン
ター可動体（４０５Ｂ，４０６Ｂ）は最後のショット露
光が完了したときの位置で静止している。この静止期間
は、少なくともウェハ交換時間とウェハアライメント時
間との合計で決まり、その静止期間中、ＡＮＲＥＳ駆動
回路系６３０は各リニアモータセット５２０，５２２を
一時的に位置制御モードで駆動できるように状態が切替
えられる。
【０２８３】このような切替えによって、粗動ステージ
部４００と各カウンター可動体（４０５Ｂ，４０６Ｂ）
との相対位相にずれが生じていた場合に、その位相ずれ
が強制的に補正されるように各リニアモータセット５２
０，５２２のコイルユニット５２０Ａ，５２２Ａを位置
サーボ制御することが可能となる。その位置サーボで
は、粗動ステージ部４００を定盤１４に対して静止させ
た状態で、相対位相ずれが許容範囲内に是正されるよう
な目標位置まで各カウンター可動体（４０５Ｂ，４０６
Ｂ）が個別にＸ方向に移動され、次のウェハに対する走
査露光のためのレチクル走査移動が開始されるまでその
目標位置に対する位置サーボ制御が働き続ける。
【０２８４】具体的には、図２９中の時刻ｔ９において
ＡＮＲＥＳ駆動回路系６３０が干渉計６２７とフィード
バックインターフェース回路６２０によって計測される
粗動ステージ部４００の現在の停止Ｘ位置Ｐｘａ´（図
２９参照）を読み込み、エンコーダセット５０４，５０
５の各々から各カウンター可動体（４０５Ｂ，４０６
Ｂ）の現在の停止Ｘ位置を求め、その各位置が粗動ステ
ージ部４００の現在の停止Ｘ位置Ｐｘａ´に対応した理
想的なカウンター可動体のＸ位置に対してどれぐい誤差
を持っているかを確認する。
【０２８５】そして確認された位置誤差が許容範囲内で
あるときは、そのまま位置サーボ制御を持続してカウン
ター可動体（４０５Ｂ，４０６Ｂ）が現在の停止Ｘ位置
に静止しているように各リニアモータセット５２０，５
２２のコイルユニット５２０Ａ，５２２Ａをフィードバ
ック駆動し、位置誤差が許容範囲外になっているカウン
ター可動体に対しては、そのカウンター可動体が位置す
べき理想位置を新たな目標位置として指令し、対応する
エンコーダセット５０４，５０５により計測される実測
位置と新たな目標位置との差分が零に追込まれるよう
に、対応したリニアモータセット５２０，５２２のコイ
ルユニット５２０Ａ，５２２Ａがフィードバック駆動さ
れる。
【０２８６】その際、相対位相補正のためのカウンター
可動体（４０５Ｂ，４０６Ｂ）の移動加速度は、リニア
モータセット５２０，５２２の駆動で生じる反力によっ
て定盤１４を振動させないように、十分小さな値に抑え
られている。このような制御は、エンコーダセット５０
４，５０５から生成される位置信号を全体帰還ループと
し、エンコーダセット５０４，５０５から生成される速
度信号Ｖｓｆ１，Ｖｓｆ２を局所帰還ループとしたフィ
ードバック系において、速度信号の帰還ループゲインを
大きくしたり、位置信号の帰還ループゲインを小さくし
たりすることで達成される。このようなフィードバック
ループのゲイン補正も、図２８中のＡＮＲＥＳ駆動回路
系６３０内のプロセッサによって自動的に行われる。
【０２８７】以上、図２７〜２９で説明した実施例にお
いては、主可動体（粗微動ステージ部４００，４５０）
とカウンター可動体（円柱状磁石ユニット４０５Ｂ，４
０６Ｂを含む）との間で1次元方向（Ｘ方向）に関して
運動量保存則が成り立つようにメイン・リニアモータ４
０５，４０６を設けるとともに、主可動体とカウンター
可動体との相対位相誤差を補正するために、定盤１４に
対してカウンター可動体を１次元方向に移動させるサブ
・リニアモータ５２０，５２２を設け、主可動体とカウ
ンター可動体とが運動量保存則に従って移動する期間中
は、カウンター可動体の移動速度に応じてサブ・リニア
モータ５２０，５２２を速度サーボ制御で駆動するよう
にした。
【０２８８】このため、主可動体とカウンター可動体と
の相対位相の累積的なずれが低減されるとともに、カウ
ンター可動体の加減速時に発生し易い振動も十分に抑制
されるので像ブレが激減し、投影パターンをウェハＷ上
に転写したときの実効解像度を、その投影結像系による
理論上の解像度に限りなく近づけられるといった効果が
得られる。
【０２８９】また本実施例では、サブ・リニアモータ５
２０，５２２の駆動を速度サーボ制御だけでなく位置サ
ーボ制御でもできるようにしたので、主可動体を所定位
置に静止させる際には、定盤の僅かな傾斜によってカウ
ンター可動体の位置が徐々にずれてしまうことが防止さ
れるとともに、主可動体とカウンター可動体の相対位相
に累積的なずれが生じても、そのずれを正確に補正する
ことができる。 《第８の実施形態》図３０は、走査型露光装置のレチク
ルステージに適した他の構造を示す部分断面図であり、
先の図１〜７，図１３，図１８の各実施例に示された露
光装置の全体構造やウェハステージ構造はそのまま、又
は若干の変更を伴なって適用される。また、図３０中の
投影結像系ＰＬよりも下のウェハステージ構造を構成す
る定盤８、懸架部材７Ａ，７Ｂ、エアベアリングパッド
５Ａ，５Ｂ、剛体部材４Ａ，４Ｂ、防振マウント２Ａ，
２Ｂは、いずれも先の図１、或いは図１８の構成と同じ
であるので、詳細な説明は省略する。
【０２９０】さらに、図３０中のレチクルステージ構造
体は基本的には先の図１６，１７の構造を改良したもの
であり、図３０中の各部材のうち図１６，１７中の部材
と同じ機能のものには同一の符号を付け、それらの重複
した部材についての詳細な説明は先の各実施例で既に述
べた通りである。本実施例の特徴は、図１６，１７に示
したレチクルステージ装置中の定盤１４に相当する定盤
１４Ｒを、ボディコラム１２Ｂ，１２Ｃの上端部に形成
されたガイド面１２Ｂｐ，１２Ｃｐに沿ってスキャン方
向（紙面と垂直なＸ方向）に１次元移動できるように構
成し、レチクルＲを保持する可動ステージ１６全体の重
心と可動定盤１４Ｒの重心とのＺ方向の高さ位置を極力
揃えることにある。この特徴は、先に図３で説明したウ
ェハステージ装置の構造の考え方を踏襲したものであ
る。
【０２９１】図３０において、レチクルＲは可動ステー
ジ１６の吸着パッド部２６７Ｂ等に保持され、可動ステ
ージ１６はエアベアリング用のパッド２６５Ｃ，２６５
Ｄを介して可動定盤１４Ｒ上に２次元移動可能に載置さ
れる。先の図１６，１７で説明したように、この可動ス
テージ１６は可動定盤１４Ｒに取付けられた２次元リニ
アモータの磁石ユニット２６０Ａ，２６０Ｂと、可動ス
テージ１６の両側部に取付けられた２次元コイルユニッ
ト２６２Ａ，２６２Ｂの働きにより、スキャン方向には
レチクルの寸法以上の大きなストロークで移動し、非ス
キャン方向（Ｙ方向）には数ミリ程度のストロークで移
動する。
【０２９２】本実施例では、可動定盤１４Ｒの中央部に
投影結像系ＰＬの鏡筒上部が入り込むような開口部１４
Ｒａが形成されており、レチクルＲのパターン面から投
影結像系ＰＬの最もレチクルＲ側のレンズ素子までの作
動距離が短縮されるようになっている。また可動定盤１
４ＲのＹ方向の両側には、ＹＺ面内で逆Ｌ字状の断面を
成し、Ｘ方向に延びた懸架部１４Ｒ１，１４Ｒ２が一体
に設けられ、この懸架部１４Ｒ１，１４Ｒ２の各々の下
面部にはエアベアリング用のパッド部材１４Ｐ１，１４
Ｐ２が固定されている。
【０２９３】パッド部材１４Ｐ１，１４Ｐ２はボディコ
ラム１２Ｂ，１２Ｃの上端部にＸ方向に延びて形成され
たガイド面１２Ｂｐ，１２Ｃｐ上に載置される。また図
３０では不図示ではあるが、可動定盤１４ＲのＹ方向の
移動を拘束するＹガイドもコラム１２Ｂ，１２Ｃ上に形
成されている。さらに本実施例では、パッド部材１４Ｐ
１，１４Ｐ２が対応したガイド面１２Ｂｐ，１２Ｃｐと
係合する高さ位置を、懸架部１４Ｒ１，１４Ｒ２を含む
可動定盤14Ｒと、レチクルＲを含む可動ステージ１６と
の合計によって決まる構造体全体の重心の高さ位置、或
いは可動ステージ１６だけの重心の高さ位置と極力揃え
るようにしてある。
【０２９４】以上のような構成において、レチクルＲを
Ｘ方向にスキャン移動させる場合、２次元リニアモータ
の各コイルユニット２６２Ａ，２６２Ｂ内のＸ方向に推
力を発生するコイル部分の各々にほぼ同じ大きさの駆動
電流が供給されるが、可動ステージ１６のθ方向の回転
変位を所定状態に制御するために、ヨーイング干渉計
（例えば図１９中の干渉計ユニット４７０Ｂ，４７０Ｃ
のセット）で計測される可動ステージ１６の回転変位が
目標とする変位状態に一致するように各コイルユニット
２６２Ａ，２６２Ｂへの駆動電流がサーボ制御される。
【０２９５】さらに可動ステージ１６のスキャン移動中
は、非スキャン方向の位置計測用の干渉計（例えば図１
９中の干渉計ユニット４７０Ａ）出力に基づいて、２次
元リニアモータの各コイルユニット２６２Ａ，２６２Ｂ
内の非スキャン方向（Ｙ方向）に推力を発生するコイル
部分の各々に駆動電流が供給され、レチクルＲのＹ方向
位置が所定の目標位置にサーボ制御される。
【０２９６】このとき、可動ステージ１６のスキャン方
向移動によって生じる運動エネルギーは、可動定盤１４
Ｒの逆方向移動によって消費され、可動ステージ１６の
移動で生じる反力が相殺され、その反力に伴なう振動が
ボディコラム１２Ｂ，１２Ｃに伝わることが防止され
る。また本実施例では、先の図１６，１７の構成と異な
り、可動定盤１４Ｒと一体化された懸架部１４Ｒ１，１
４Ｒ２の各々に磁石ユニット（Ｘ方向に複数の永久磁石
を並べたもの）２６０Ａ，２６０Ｂを設けたので、両側
のコイルユニット２６２Ａ，２６２Ｂに全く同じ位相で
同じ大きさの駆動電流をオープン制御（各干渉計の計測
値を使った位置サーボを行わない制御）で供給しただけ
では、各リニアモータの製造誤差等による僅かな推力差
によって可動ステージ１６はθ方向に回転変位してしま
う。
【０２９７】これは、本実施例の可動ステージ１６が先
の図１６，１７と同様のガイドレス構造（Ｘ，Ｙ方向の
位置を拘束するガイド面が無い構造）だからである。し
かしながら、可動ステージ１６がガイドレス構造である
と言うことは、そのような回転変位状態をヨーイング干
渉計（或いは差動干渉計）によって計測し、その回転変
位が目標値と一致するように両側のコイルユニット２６
２Ａ，２６２Ｂ内の各Ｘ方向コイル部を個別にサーボ制
御することで可動ステージ１６の回転変位を常に所望の
状態に維持できることを意味する。
【０２９８】ところで、本実施例のレチクルステージ装
置においても、先の図２２又は図２６で説明したような
ＡＮＲＥＳ機構を同様に設けることが可能であり、特に
図２６，２８のような復帰補正用のリニアモータセット
５２０，５２２を用いた場合は、可動定盤１４Ｒのボデ
ィコラム１２Ｂ，１２Ｃに対するＸ方向位置を非接触で
補正したり、スキャン露光中の可動定盤１４Ｒの運動特
性上に非接触でダンピングを与えたりすることが可能と
なり、ステージ性能が向上する。
【０２９９】以上のように本実施例によるレチクルステ
ージ装置は、図３０に示すようにウェハステージ装置と
相似の構造になっており、運動量保存則を利用して無反
力、無振動のステージ構造を実現できるとともに、主可
動体（可動ステージ１６、レチクルＲ、コイルユニット
２６２Ａ，２６２Ｂ）とカウンター可動体（可動定盤１
４Ｒ、懸架部１４Ｒ１，１４Ｒ２、パッド部１４Ｐ１，
１４Ｐ２、磁石ユニット２６２Ａ，２６２Ｂ）の各重心
の高さ位置を揃えてあるため、主可動体の移動に伴なっ
て発生する不要なモーメントも低減できるといった効果
が得られる。
【０３００】
【発明の効果】以上の通り、請求項1記載のステージ装
置は、可動体の運動に応じて定盤に作用する反力が、定
盤自体の運動エネルギーに転化されるので、ステージ装
置内に不要な応力が蓄積することがなく、機構系として
安定な装置が得られ、半導体ウェハや検査用ワークピー
ス等を精密移動させることができる。また運動量保存則
を利用することが可能なので、ステージ装置としての重
心位置の変化を極めて小さくすることができ、ステージ
装置を支持する複数の防振マウント部に加わる荷重分布
を可動ステージの運動によらずほぼ一定にすることがで
き、防振マウントによる防振や傾斜補正が極めて高性能
に達成されると言った顕著な効果が得られる。
【０３０１】請求項7記載の露光装置は、第3の定盤部財
を支持する支持部材が第1の定盤を防振支持する防振支
持部材に接続されているので露光装置をコンパクトにす
ることができる。請求項10記載のステージ装置は、制御
回路系が副アクチュエータを速度サ−ボにより駆動して
いるので、トルクむらが発生することなく安定して主可
動体を駆動させるステージ装置を提供することがきる。
【０３０２】請求項12記載のステージ装置は、移動可能
な第1固定子と第2固定子との主可動体に対する位相がず
れた場合でも容易に位相を合わせることができる。請求
項14記載の露光装置は、2つのカウンタ-可動体とマスク
ステージとの位相がずれた場合でも容易に位相を合わせ
ることができる。このため、マスクステージの移動によ
る反力の影響を受けないので精度の高い露光を実現する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の各実施例で適用される投影型露光
装置の全体的な構成を示す正面図である。
【図２】 図１中に示した防振マウント部の詳細な構
造を表わす部分断面図である。
【図３】 図１に示したウェハステージ装置の防振マ
ウンド部に加わる荷重分布を説明する模式図である。
【図４】 図１に示したウェハステージ装置の定盤と
防振マウント部との組み立て状態を説明する斜視図であ
る。
【図５】 図４で組み立てられた定盤上に可動ステージ
とリニアモータとを組み付けた状態を説明する斜視図で
ある。
【図６】 図５で組み立てられたウェハステージ装置の
上に鏡筒保持コラムを組み付ける状態を説明する斜視図
である。
【図７】 図１〜６に示したウェハステージ装置の詳細
な構成を説明する正面図である。
【図８】 図１〜７に示した定盤を含む静止構造体を中
立位置に復帰させるために設けたアクチュエータの配置
例を説明する部分断面図である。
【図９】 図８に示したアクチュエータの全体の配置例
を説明する平面図である。
【図１０】図８、９に示したアクチュエータの駆動を制
御するためのサーボ制御系の構成を説明するブロック図
である。
【図１１】図１０中に示した２次元エンコーダの詳細構
造の一例を説明する斜視図である。
【図１２】図１０に示したサーボ制御系による動作特性
の一例を説明するタイミングチャート図である。
【図１３】本発明の第２の実施例によるステージ装置の
全体構成を説明する斜視図である。
【図１４】図１３に示した可動ステージの構造を詳細に
説明する部分断面図である。
【図１５】図１３、１４のステージ装置を用いたときの
ステップアンドスキャン動作を説明する模式図である。
【図１６】本発明が適用される露光装置に搭載可能なレ
チクルステージ装置の全体構成を示す平面図である。
【図１７】図１６中のＣ−Ｃ´矢視の部分断面を示す図
である。
【図１８】本発明によるステージ装置が適用される露光
装置の全体構成の変形例を示す図である。
【図１９】プレーナ構造のレチクルステージ装置を示す
図である。
【図２０】プレーナ構造のレチクルステージ装置を示す
図である。
【図２１】プレーナ構造のレチクルステージ装置を示す
図である。
【図２２】係止機構５０２、５０３を備えたレチクルス
テージ装置を示す図である。
【図２３】図２２の概略構成に基づいたＡＮＲＥＳ機能
の動作を示す図であり、図２３（Ａ）はカウンタ可動体
４０５Ｂと主可動体５００との相対位相の補正前の状態
を示す図であり、図２３（Ｂ）はカウンタ可動体４０５
Ｂと主可動体５００との相対位相の補正後の状態を示す
図である。
【図２４】図２２の概略構成に基づいたＡＮＲＥＳ機能
の動作を示す図であり、図２４（Ａ）はカウンタ可動体
４０６Ｂと主可動体５００との相対位相の補正前の状態
を示す図であり、図２４（Ｂ）はカウンタ可動体４０６
Ｂと主可動体５００との相対位相の補正後の状態を示す
図である。
【図２５】主可動体とカウンタ−可動体とを模式的に示
す図であり、図２５（Ａ）は主可動体とカウンタ−可動
体とのＸ方向の重心が中立点ＰＥ０に一致しているとこ
ろを示す図であり、図２５（Ｂ）は、主可動体とカウン
タ−可動体とが中立点ＰＥ０から所定量移動したところ
を示す図であり、図２５（Ｃ）は干渉計ユニットとエン
コ−ダセットとの位置情報を模式的に表した図である。
【図２６】運動量保存則が適用されるレチクルステージ
装置の変形例を示す図である。
【図２７】ショック・アブソーバの構造の一例を示す部
分断面図である。
【図２８】図２６のレチクルステージ装置の制御システ
ムの概略を示す図である。
【図２９】粗動ステージとカウンタ-可動体との移動特
性とそのとくのカウンタ-可動体の制御モ−ドを示す図
であり、図２9（Ａ）は粗動ステージとカウンタ-可動体
との移動タイミングを示す図であり、図２9（Ｂ）はカ
ウンタ-可動体の制御モ−ドを切り換えるタイミングを
示す図である。
【図３０】走査型露光装置のレチクルステージに適した
他の構造を示す部分断面図である。
【主要部分の符合の説明】
２Ａ〜２Ｃ防振マウント、３Ａ〜３Ｃ荷重印加部、４Ａ
〜４Ｃ剛体部材（支持部材）、５Ａ〜５Ｃ可動支承機
構、６鏡筒保持コラム、７Ａ〜７Ｃ懸架支持部、８定
盤、９Ａリニアモ−タ、１０可動ステージ、１２Ａ〜１
２Ｃ本体コラム、１４マスクベースステージ、１４ＢＺ
ガイド面、１４ＦＹガイド面、１５可動バランサ−、１
６レチクルステ−ジ、５０Ａ〜５０Ｃコイル、５２Ａ〜
５２Ｃ永久磁石、６０主制御回路、４０５Ａ，４０６Ａ
コイル部、４０５Ｂ，４０６Ｂ磁石ケース（カウンタ可
動体），５００主可動体，５２０Ａ，Ｂリニアモータ，
５２２Ａ，Ｂリニアモータ，６３０ＡＮＲＥＳ駆動回路
系
───────────────────────────────────────────────────── 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 ５１６Ｂ Ｆターム(参考） 2F078 CA02 CA08 CB05 CB09 CB10 CB12 CB13 CB16 CC11 CC14 5F031 CA02 HA55 HA57 MA27 5F046 AA23 BA05 CC01 CC02 CC03 CC16 CC17 CC20 DA06 DA07 DA08 DB05 DB11 DB14

Claims (14)

    【明細書】 【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 定盤の移動面上を１次元又は２次元移
    動する可動体と、前記定盤を装置設置場所の床面上に防
    振して支持する防振マウント機構とを備えたステージ装
    置において、 前記防振マウント機構の荷重印加部が前記定盤の移動面
    よりも高くなるように、前記防振マウント機構の荷重印
    加部から前記定盤を懸架状態で支持する懸架支持部を設
    けるとともに、前記定盤の移動面とほぼ平行な方向に関
    して前記防振マウント機構と前記定盤との相対変位を許
    容するように、前記防振マウント機構の荷重印加部と前
    記懸架支持部との間に可動支承機構を設けたことを特徴
    とするステージ装置。
  2. 【請求項２】 前記定盤と前記懸架支持部との総重量Ｍ
    ２を前記可動体の総重量Ｍ１よりも大きく設定したこと
    を特徴とする請求項１記載のステージ装置。
  3. 【請求項３】 前記可動支承部材は、前記可動体の加
    速度を伴う移動により生じる前記移動面とほぼ平行な面
    に沿った反力に応答して前記定盤と懸架支持部とが前記
    防振マウント機構に対して変位するように、２次元変位
    可能な流体軸受を含むことを特徴とする請求項１または
    ２記載のステージ装置。
  4. 【請求項４】 マスクのパターンを基板に露光する露
    光装置において、前記マスクを保持して移動するマスク
    ステージ装置と前記基板を保持して移動する基板ステー
    ジ装置との少なくとも一方に請求項１から３のいずれか
    一項記載のステージ装置を用いたことを特徴とする露光
    装置。
  5. 【請求項５】 前記露光装置は、前記マスクステージ
    装置に保持された前記マスクと前記基板ステージ装置に
    保持された基板とを同期移動して前記マスクのパターン
    を前記基板に露光する走査型露光装置であることを特徴
    とする請求項４記載の露光装置。
  6. 【請求項６】 請求項４または５記載の露光装置を用
    いた回路デバイス製造方法。
  7. 【請求項７】 マスクのパターンを投影系により感応
    性基板上に投影露光する露光装置において、前記感応性
    基板を載置して２次元平面内を移動する第１の可動ステ
    ージを保持する第１の定盤部材と、前記マスクを載置し
    て２次元平面内を移動する第２の可動ステージを保持す
    る第２の定盤部材と、前記マスクが前記投影系の物体面
    に位置するように前記第２の定盤を支持する第３の定盤
    部材と、前記第１の定盤部材を防振支持する防振支持部
    材と、前記第１防振支持部材と前記第３の定盤部材とに
    接続され、前記第３の定盤部材を前記第１の定盤部材と
    は独立して支持する支持部材とを備えたことを特徴とす
    る露光装置。
  8. 【請求項８】 前記第２の可動ステ−ジの移動に応じ
    て、前記第２の可動ステ−ジとは逆方向に移動する第３
    の可動ステ−ジを備えたことを特徴とする請求項７記載
    の露光装置。
  9. 【請求項９】 前記第３の定盤部材は前記投影系を支持
    することを特徴とする請求項７または８記載の露光装
    置。
  10. 【請求項１０】 所定の基準平面と平行な少なくとも
    １次元方向に往復移動可能な主可動体と、該主可動体と
    所定の間隔で配置されて前記基準平面と平行な前記１次
    元方向に往復移動可能なカンタ−可動体とを有し、前記
    １次元方向に沿って前記カウンタ−可動体と前記主可動
    体とを互いに逆方向に相対移動させるために非接触型の
    固定子と可動子とをそれぞれ前記主可動体と前記カウン
    タ−可動体とに設けた主アクチュエ−タと、 前記カウンタ−可動体を前記基準平面に対して前記１次
    元方向に単独に移動させる非接触型の副アクチュエ−タ
    と、前記主アクチュエ−タによる各可動体の移動の際に
    前記副アクチュエ−タを速度サ−ボにより駆動する制御
    回路系とを備えたことを特徴とするステージ装置。
  11. 【請求項１１】 前記カウンタ可動体は複数もうけられ
    ていることを特徴とする請求項１０記載のステージ装
    置。
  12. 【請求項１２】 定盤上を少なくとも１次元方向に直線
    移動する主可動体を備えたステージ装置において、 前記主可動体の一方の側部に設けられた第1可動子と、
    該第1可動子に対峙して前記１次元方向に相対移動可能
    な第1固定子とで構成される第1リニアモータと、 前記主可動体の他方の側部に設けられた第２可動子と、
    該第２可動子に対峙して前記１次元方向に相対移動可能
    な第２固定子とで構成される第２リニアモータと、 前記第１固定子と前記主可動体の１次元方向に関する相
    対位相を所期状態に復元する第１復元手段と、 前記第２固定子と前記主可動体の１次元方向に関する相
    対位相を所期状態に復元する第２復元手段と、 前記第１復元手段と第２復元手段を所定のタイミングで
    個別に制御する制御手段とを備えたことを特徴とするス
    テージ装置。
  13. 【請求項１３】前記主可動体の移動による運動エネルギ
    ーを受けて前記第１固定子と前記第２固定子の各々を前
    記定盤上で逆方向に移動させるように個別に支持するガ
    イド機構を設けたことを特徴とする請求項１２記載のス
    テージ装置。
  14. 【請求項１４】 マスクのパターンを感応性基板上の
    所定領域に露光する露光装置において、 前記感応性基板を載置して２次元移動する基板ステージ
    と前記マスクを載置して少なくとも１次元移動するマス
    クステージとを、前記露光の際に同期移動させる同期制
    御系と、 前記マスクステージの１次元移動による運動エネルギー
    を消費するために、前記マスクステージの両側に配置さ
    れて前記マスクステージに対する相対位相関係を保って
    逆方向に移動可能な２つのカウンター可動体と、 前記マスクステージと前記２つのカウンター可動体との
    相対位相関係の乱れを復元するために、前記２つのカウ
    ンター可動体の各々に設けられた２つの復元機構と、 該２つの復元機構を前記感応性基板の露光シーケンス上
    の所定タイミングで個別に動作させる復元制御系とを備
    えたことを特徴とする露光装置。
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