JP2001230178A

JP2001230178A - 位置決め装置、露光装置およびデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2001230178A
Application number: JP2000036608A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Tsui; 浩太郎堆; Kazunori Iwamoto; 和徳岩本; Mitsuru Inoue; 充井上; Hirohito Ito; 博仁伊藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-02-15
Filing date: 2000-02-15
Publication date: 2001-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】ステージの駆動反力が他ユニットに影響を与
えず、高精度な位置決め精度を有する位置決め装置を提
供する。【解決手段】本発明の位置決め装置は、ベースに設け
られた基準面上を第１方向及び第２方向に移動可能なス
テージと、該ベースと該ステージとの間で駆動力を発生
する駆動装置と、該ベースを前記第１方向に移動可能に
支持する第１構造体と、該第１構造体を前記第２方向に
移動可能に支持する第２構造体とを備えることを特徴と
する。これにより、駆動反力をキャンセルし、高精度な
位置決めを行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、目的物を目標位置
に位置決めするための位置決め装置に関する。また、本
発明は、このような位置決め装置を用いた露光装置およ
びデバイス製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１３に従来の位置決め装置の概略図を
示す。

【０００３】位置決め装置であるＸＹステージは、Ｙス
テージ９３０、Ｘステージ９２０および固定ベース９０
１からなる。Ｘステージ９２０およびＹステージ９３０
は、ともに固定ベース９０１の基準面９０１ｕに対して
Ｚ方向に支持されている。Ｙステージ９３０は、固定ベ
ースに設けられたＹリニアモータ固定子とＹステージに
設けられたＹリニアモータ可動子によって発生される駆
動力により、Ｙ方向に移動する。Ｘステージ９２０は、
Ｙステージに設けられたＸリニアモータ固定子とＸステ
ージに設けられたＸリニアモータステージにより、Ｘ方
向に移動する。

【０００４】上記ＸＹステージは、構造体フレーム９０
６に搭載される。構造体フレーム９０６は、マウント９
０７により支持されている。例えば、半導体製造装置で
ある投影露光装置では、投影光学系やレチクル支持系等
は、構造体フレーム９０６に搭載されている。また、Ｘ
Ｙステージの位置計測にはレーザ干渉系が使用され、レ
ーザ干渉系は、構造体フレームに搭載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の位
置決め装置では、以下のような問題が生じる。（１）ステージをＸ方向もしくはＹ方向に駆動すると
き、その駆動反力が固定ベース９０１さらには構造体フ
レーム９０６に伝播し、固定ベース９０１の振動を励起
する。この振動によって、ステージの位置決め精度が悪
化する。（２）ステージの移動によりステージ重心が移動し、そ
れにより構造体フレーム６の資性が変動する。結果的に
ステージの位置決め精度が悪化する。（３）ステージの制御反力が伝わり、構造体フレームに
搭載されている干渉系等にローカルな振動を励起し、干
渉系の出力にノイズが入り、結果的に位置決め精度が悪
化する。

【０００６】本発明は、これらの問題に鑑み、ステージ
の駆動反力が他ユニットに影響を与えず、高精度な位置
決め精度を有する位置決め装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の位置決め装置は、ベースに設けられた基準
面上を第１方向及び第２方向に移動可能なステージと、
該ベースと該ステージとの間で駆動力を発生する駆動装
置と、該ベースを前記第１方向に移動可能に支持する第
１構造体と、該第１構造体を前記第２方向に移動可能に
支持する第２構造体とを備えることを特徴とする。

【０００８】また、前記駆動装置が前記ベースと前記ス
テージとの間で駆動力を発生するとき、前記ベースは、
前記第２構造体に対して、前記ステージと反対方向に移
動することが望ましい。

【０００９】また、前記ステージは、第１ステージと第
２ステージとを備えることが望ましく、前記第１ステー
ジは、前記第２ステージに対して前記第１方向に移動可
能であり、前記第２ステージは、前記ベースに対して前
記第２方向に移動可能であることが好ましい。

【００１０】また、前記ステージは、前記ベースに対し
て、非接触で支持され、非接触で駆動されることが望ま
しい。

【００１１】また、前記ステージは、微動ステージを搭
載していることが望ましく、前記微動ステージは、前記
ステージに対して６軸方向に移動可能であることが望ま
しい。

【００１２】また、前記微動ステージを駆動するアクチ
ュエータに冷却機構を設けることが望ましい。また、前
記微動ステージは、前記ステージからリニアモータによ
り力が与えられても良いし、前記ステージから電磁石に
より力が与えられても良い。

【００１３】また、前記第２構造体は、マウントで支持
されていることが望ましい。

【００１４】なお、上記の位置決め装置を有する露光装
置や、この露光装置を用いてデバイスを製造するデバイ
ス製造方法も本発明の範疇である。

【００１５】

【発明の実施の形態】＜実施形態１＞図１に、本発明の
第１の実施形態の位置決め装置の概略図を示す。

【００１６】本発明の位置決め装置は、ＸＹステージ１
０、ベースＸＹステージ２、構造体フレーム６より構成
されている。

【００１７】ＸＹステージ１０（ステージ）は、Ｙステ
ージ３０、Ｘステージ２０およびベース１を有する。ベ
ース１は、Ｙステージ３０およびＸステージ２０の移動
のための基準となる平面１ｕ、１ｓを有している。ここ
で、平面１ｕは、ＸＹ平面と平行な面を有している。ま
た、平面１ｓは、ＹＺ平面と平行な面を有しており、ベ
ース１の片側に１つ設けられている。

【００１８】Ｙステージ３０（第２ステージ）は、静圧
軸受３５ｂにより、ベース上面１ｕに対してＺ方向に非
接触に支持されている。また、Ｙステージ３０は、静圧
軸受３５ｓにより、ベース側面に設けられた基準面１ｓ
に対してＸ方向に非接触に支持されている。さらに、Ｙ
ステージ３０は、ベース上面１ｕおよびベース側面１ｓ
との間で吸引力を発生するための予圧機構を有する。予
圧機構に永久磁石を用いる場合は、ベースは磁性体に限
られるが、予圧機構に真空吸引機構を用いる場合は、ベ
ースの材質は特に限られるものではなく、例えば御影石
を用いても良い。Ｙステージ３０は、ＸＹステージの駆
動機構であるＹリニアモータにより発生される駆動力に
より、ベース１に対してＹ方向に移動する。Ｙリニアモ
ータは、ベースに設けられたＹリニアモータ固定子と、
Ｙステージに設けられたＹリニアモータ可動子からな
る。Ｙリニアモータ固定子は、コイル列３４Ｒと、この
コイル列を覆うための冷却ジャケットを有する。Ｙリニ
アモータ可動子は、コイル列３４Ｒと対面する磁石を有
する。

【００１９】Ｘステージ２０（第１ステージ）は、静圧
軸受２５ｂにより、ベース上面１ｕに対してＺ方向に非
接触に支持されている。さらに、Ｘステージ２０は、ベ
ース上面との間で吸引力を発生するための予圧機構を有
する。予圧機構の構成は、上述のＹステージの場合とほ
ぼ同様である。また、Ｘステージは、Ｘステージに設け
られた静圧軸受によって、Ｙステージに設けられた可動
ガイド３１に対してＹ方向から非接触に支持されてお
り、Ｙステージに対してＸ方向に移動可能である。Ｘス
テージ２０は、ＸＹステージの駆動機構であるＸリニア
モータにより発生される駆動力により、Ｙステージに対
してＸ方向に移動する。Ｘリニアモータは、Ｙステージ
に設けられたＸリニアモータ固定子と、Ｘステージ２０
に設けられたＸリニアモータ可動子からなる。Ｘリニア
モータ固定子は、コイル列と、このコイル列を覆うため
の冷却ジャケットを有する。Ｘリニアモータ可動子は、
コイル列と対面する磁石を有する。

【００２０】ベースＸＹステージ２は、ベース搭載台
３、ベースＹ移動体４（第１構造体）および固定部５
（第２構造体）から構成される。ベース搭載台３は、ベ
ース１を搭載し、ボルト締結などによってベース１を固
定する。または、ベース搭載台３とベース１とを一体的
な構造としても良い。固定部５は、構造体フレーム６に
搭載され、ボルト締結などによって構造体フレーム６を
固定する。または固定部５と構造体フレーム６とを一体
的な構造としても良い。

【００２１】ベース搭載台３は、ベースＸガイド３ｇに
より、ベースＹ移動体４に対してＸ方向に滑らかに移動
可能である。また、ベースＹ移動体４は、ベースＹガイ
ド４ｇにより、固定部５に対してＹ方向に滑らかに移動
可能である。ベースＸガイド３ｇおよびベースＹガイド
４ｇは、一般的なリニアモーションガイドを使用して構
わない。ただし、負荷がかかるので、耐久性、メンテナ
ンス性を考慮したものが望ましく、非接触軸受であれば
好ましい。また、構造体フレーム６は、マウント７上に
設けられている。

【００２２】さらに、ベースＸＹステージ２は、ベース
Ｙ移動体４に対するベース搭載台のＸ方向の位置を計測
するリニアセンサ（不図示）、ベースＹ移動体４に対し
てベース搭載台３にＸ方向の駆動力を付与するアクチュ
エータ（不図示）を有している。また、ベースＸＹステ
ージ２は、固定部５に対してベースＹ移動体の位置を計
測するリニアセンサ８、固定部５に対してベースＹ移動
体４にＹ方向の駆動力を付与するアクチュエータ９を有
している。リニアセンサ８とアクチュエータ９によりベ
ースＸＹステージの位置制御や駆動制御を行うためのベ
ースＸＹ方向制御系を構成することができる。この制御
系は、ＸＹステージ１０の位置制御や駆動制御を行うた
めのＸＹステージ制御系とは独立に制御することも可能
であり、例えば、ステージ初期化のときに、ＸＹステー
ジ１０を固定したまま、アクチュエータによってベース
ＸＹステージ２を動かしたり、あるいはＸＹステージ１
０の駆動時でもベースＸＹステージ２を固定した状態に
することもできる。

【００２３】ＸＹステージ１０には、ＸＹステージ１０
の位置を計測するのに設けられる計測ミラー（不図示）
が設けられている。この計測ミラーにレーザ光を照射す
るレーザ干渉計は、構造体フレームと一体的に設けても
良いし、位置決め装置とは除振された構造体に設けても
良い。

【００２４】次に、図２を用いて、ベースＸＹステージ
の基本動作を説明する。同図において、（ａ）はＸＹス
テージおよびベースＸＹステージがともに中心にある状
態を示した図、（ｂ）はＸＹステージがＸ方向に移動し
た状態を示した図、（ｃ）はＸＹステージがＹ方向に移
動した状態を示した図である。

【００２５】図２（ａ）から（ｂ）において、ＸＹステ
ージのＸステージ２０がＸ方向に移動すると、Ｘリニア
モータによる反力は、以下のように表される。

【００２６】Ｘステージ質量 ×Ｘ方向の加速度このＸリニアモータ反力が、Ｙステージ３０、静圧軸受
３５ｓを介して、ベース１に伝達される。このとき、ベ
ース１とベース搭載台３は、一体的にＸステージの移動
と反対方向に移動する。このときのベース１とベース搭
載台３の加速度は、以下のように表される。

【００２７】Ｘステージ質量×Ｘ方向の加速度／（ベー
スとベース搭載台の質量）結果的に、Ｘステージ移動量Ｘｓに対して、ベース１と
ベース搭載台３は、一体的にＸｂだけ移動する。この移
動量は、各質量比で決まる。例えば、Ｘステージ質量に
対するベース・ベース搭載台質量との質量比が１：１０
であるときは、Ｘｓ＝５０ｍｍだとすると、Ｘｂ＝５ｍ
ｍとなる。

【００２８】図２（ａ）から（ｃ）において、ＸＹステ
ージがＹ方向に移動すると、Ｙリニアモータによる反力
は、以下のように表される。

【００２９】（Ｘステージ質量＋Ｙステージ質量） ×
Ｙ方向の加速度このＹリニアモータ反力が、ベース１に伝達される。こ
のとき、ベース１、ベース搭載台３さらにはベースＹ移
動体４は、一体的にＸＹステージの移動と反対方向に移
動する。このときのベース１、ベース搭載台３とベース
移動体４の加速度は、以下のように表される。

【００３０】（Ｘステージ質量＋Ｙステージ質量）×Ｙ
加速度／（ベース、ベース搭載台とベースＹ移動体の質
量）結果的に、ＸＹステージ移動量Ｙｓに対して、ベース
１、ベース搭載台３さらにはベースＹ移動体４は、一体
的にＹｂだけ移動する。この移動量は、各質量比で決ま
る。例えば、ＸＹステージに対するベース、ベース搭載
台とベースＹ移動体の質量が１：１０であるときは、Ｙ
ｓ＝５０ｍｍだとすると、Ｙｂ＝５ｍｍである。

【００３１】本実施形態によれば、ベースＸＹステージ
により、ＸＹステージをＸＹ方向に駆動するときの駆動
反力がキャンセルされるので、基本構造体である構造体
フレーム６が大きく振動されることはない。また、構造
体フレームに搭載されたベースＸＹステージ２とＸＹス
テージ１０とのトータルの重心位置はＸＹ方向に移動し
ないので、構造体フレーム６の姿勢変動は軽減される。
これらの効果が有機的に作用することで、目的物を搭載
するＸＹステージの位置決め精度を飛躍的に向上させる
ことができる。

【００３２】このベースＸＹステージにより、ＸＹステ
ージの加減速反力はもとより、ＸＹステージ移動による
重心変動、さらにＸＹステージ制御反力は構造体フレー
ムに作用しない。

【００３３】また、本発明によれば、ＸＹステージのＸ
方向およびＹ方向に働く反力を、ベースＸＹステージが
ＸＹ方向の各方向にそれぞれキャンセルしているので、
ベースＸＹステージのＸＹステージに対するθｚ方向の
回転ずれを考慮することなく、構造を簡略化することが
できる。

【００３４】＜実施形態２＞図３は、第２実施形態の位
置決め装置を示している。

【００３５】本実施形態では、前述のＸＹステージ上に
ＸＹステージに対して６軸方向に非接触で運動可能な微
動ステージを搭載している。

【００３６】微動ステージ４１は、前述のＸＹステージ
のＸステージ天板２１に対して４軸もしくは６軸方向に
移動可能に搭載されている。ここで、６軸方向とは、Ｘ
ＹＺ方向とＸＹＺ軸周りの回転方向を意味し、４軸方向
とは、前記６軸方向からＸＹ方向を除いた方向を意味す
る。

【００３７】アクチュエータ４３は、微動ステージ４１
をＸステージ天板２１に対して駆動するための駆動機構
である。ここで、アクチュエータとしては、微動ステー
ジ４１をＸ方向に駆動するためのＸアクチュエータ４３
ｘと、微動ステージ４１をＹ方向に駆動するためのＹア
クチュエータ４３ｙと、微動ステージ４１をＺ方向に駆
動するためのＺアクチュエータとを有する。Ｘアクチュ
エータ４３ｘおよびＹアクチュエータ４３Ｙのうち、少
なくとも一方は複数個設けられている。ここで、例えば
Ｙアクチュエータが２個ある場合、これらのＹアクチュ
エータを用いることで、微動ステージ４１をＹ方向だけ
でなく、Ｚ軸周りの回転方向（θ）にも駆動することが
できる。また、Ｚアクチュエータは、少なくとも３個設
けられている。これら３個以上のＺアクチュエータによ
り、微動ステージをＺ方向だけでなく、チルト方向（Ｘ
Ｙ軸まわりの回転方向）にも駆動することができる。

【００３８】ここで、ＸＹステージに対して微動ステー
ジ４１を６軸方向に非接触で支持する場合、アクチュエ
ータ４３は、要求されるだけの加速度で微動ステージ４
１を加速できるだけの性能が必要である。そのため、ア
クチュエータ４３には、微動ステージを駆動する際に発
熱が起こることが予想される。そこで、アクチュエータ
４３には、冷却機構４５を設けることで、発熱が外部に
漏れることを抑制することができる。

【００３９】アクチュエータ４３としては、非接触の駆
動機構であるリニアモータが望ましい。この場合、配線
などの都合上、固定子としてコイルをＸＹステージ側、
可動子として永久磁石を可動子側に設けることが望まし
い。この場合、前述した冷却機構４５は、コイルを冷却
するのに用いられる。冷却機構４５は、コイルをジャケ
ットで覆い、ジャケット内部に冷却液を供給し、コイル
の冷却を行う。微動を行うためのリニアモータにジャケ
ットを用いた冷却機構を設ければ、コイルの切換などが
ないため、比較的簡単な構成でコイルを冷却することが
できる。

【００４０】微動ステージ４１には、微動ステージの位
置を計測するのに設けられる計測ミラー４２が設けられ
ている。この計測ミラーにレーザ光を照射するレーザ干
渉計は、構造体フレームと一体的に設けても良いし、位
置決め装置とは除振された構造体に設けても良い。

【００４１】なお、本実施形態では、微動用のアクチュ
エータは、前述のＸＹステージを駆動するリニアモータ
よりも高精度な位置決め性能が求められる。また、ＸＹ
ステージを駆動するリニアモータは、微動用のアクチュ
エータよりも大出力であることが求められる。

【００４２】この本実施形態により、前述の実施形態に
より得られる効果のほか、ＸＹステージの挙動が微動ス
テージに伝わらない構成にすることで、ＸＹステージの
位置決めが多少粗くても、その影響が微動ステージには
及ばなくすることができる。

【００４３】＜実施形態３＞図４〜図６は、第３実施形
態の位置決め装置を示している。

【００４４】本実施形態では、前述の微動ステージの駆
動系と、ＸＹステージと微動ステージの制御系とを改良
している。詳細を以下に述べる。

【００４５】微動ステージ４１は、前述のＸＹステージ
のＸステージ天板２１に対して４軸もしくは６軸方向に
移動可能に搭載されている。ここで、６軸方向とは、Ｘ
ＹＺ方向とＸＹＺ軸周りの回転方向（θｘ、θｙ、θ
ｚ）を意味し、４軸方向とは、前記６軸方向からＸＹ方
向を除いた方向を意味する。

【００４６】微動ステージ４１は、矩形の板状の形をし
ており中央に窪み２７２が設けられ、窪み部分２７２に
ウエハを載置するためのウエハチャック２７１が設けら
れている。微動ステージ４１の側面には干渉計（第１の
計測器）のレーザーを反射するためのミラー５２９が設
けられ微動ステージ４１の位置を計測できるようになっ
ている。

【００４７】次に、図４を用いて、Ｘステージ２０の位
置計測と微動ステージ４１の位置計測について説明す
る。

【００４８】Ｘステージ２０の天板２１の側面には、Ｘ
ステージ２０の位置計測を行う干渉計（第２の計測器）
の計測光を反射するための計測ミラーが形成されてい
る。Ｘ方向およびＹ方向からレーザ干渉計の計測光がＸ
ステージ側面ミラー２３９に照射され、Ｘステージ２０
のＸＹ方向の位置をレーザ干渉計で精密に計測できるよ
うになっている。

【００４９】微動ステージ４１の側面には、干渉計のレ
ーザーを反射するための計測ミラー４２が設けられ、微
動ステージ４１の位置を計測できるようになっている。
微動ステージ４１には６本の光ビームが照射され、微動
ステージ４１の６自由度の位置を計測している。Ｘ軸に
平行でＺ位置の異なる２本の干渉計ビームにより、微動
ステージ４１のＸ方向の位置およびθｙ方向の回転量が
計測できる。また、Ｙ軸に平行でＸ位置およびＺ位置の
異なる３本の干渉計ビームにより、Ｙ方向の位置および
θｘθｙ方向の回転量が計測できる。さらにウエハチャ
ック２７１に載置されたウエハに斜めに計測光を入射
し、この計測光の反射位置を計測することにより、ウエ
ハのＺ方向の位置（つまり微動ステージのＺ方向の位
置）が計測できる。

【００５０】以上のように、Ｘステージ２０及び微動ス
テージ４１の位置を計測することにより、Ｘステージ２
０の位置計測と微動ステージ４１の位置計測は、互いに
独立して位置をレーザ干渉計で精密に計測できるように
なっている。

【００５１】次に、図５を用いて、Ｘステージ２０と微
動ステージ４１との間で駆動力を発生する微動アクチュ
エータユニットの説明を行う。図５は、Ｘステージ２０
と微動ステージ４１との間に設けられた微動リニアモー
タ２０３および電磁石２０８等を用いたアクチュエータ
の分解図を表している。

【００５２】微動ステージ４１の下方には微動ステージ
４１に推力や吸引力を作用する基準となる前述のＸＹス
テージが配置される。

【００５３】微動ステージ４１の下面には８個の微動リ
ニアモータ可動子２０４が取り付けられている。各可動
子２０４は、厚み方向に着磁された２極の磁石２７４お
よびヨーク２７５を２組み有している。この２組の磁石
２７４およびヨーク２７５は、側板２７６で連結して箱
状の構造を形成し、後述の微動リニアモータ固定子２０
５を非接触で挟み込むように対面する。

【００５４】８個の可動子２０４のうちの４個の可動子
２０５Ｚは、微動ステージ４１の辺のほぼ中央部に配置
され、微動ステージ４１をＸステージ２０に対してＺ方
向に微動駆動するためのＺ可動子を形成する。Ｚ可動子
２０５Ｚにおいては、前記２極の磁石２７４ＺがＺ方向
に沿って配列されており、後述のＺ方向に直角な直線部
をもつＺ固定子２０５Ｚの長円コイル２７８Ｚに流れる
電流と相互作用してＺ方向の推力を発生する。これをＺ
１〜Ｚ４可動子と名づける。

【００５５】残りの４個の可動子２０４Ｘのうち微動ス
テージの対角の隅部に配置される２個の可動子は、微動
ステージ４１をＸステージ２０に対してＸ方向に微動駆
動するためのＸ可動子を形成する。Ｘ可動子２０４Ｘに
おいては、前記２極の磁石２７４ＸがＸ方向に沿って配
列されており、後述のＸ方向に直角な直線部をもつＸ固
定子２０５Ｘの長円コイル２７８Ｘに流れる電流と相互
作用してＸ方向の推力を発生する。これをＸ１、Ｘ２可
動子と名づける。

【００５６】残りの２個の可動子２０４Ｙもまた微動ス
テージ４１の対角の隅部に配置され、微動ステージ４１
をＸステージ２０に対してＹ方向に微動駆動するための
Ｙ可動子を形成する。Ｙ可動子２０４Ｙにおいては、前
記２極の磁石２７４がＹ方向に沿って配列されており、
後述のＹ方向に直角な直線部をもつＹ固定子２０５Ｙの
長円コイル２７８Ｙに流れる電流と相互作用してＹ方向
の推力を発生する。これをＹ１、Ｙ２可動子と名づけ
る。

【００５７】また、微動ステージ４１の下面のほぼ中央
部には、円筒形状の磁性体支持筒２８０が設けられてい
る。そしてこの磁性体支持筒２８０の外周部には４つの
円弧状の磁性体ブロック２０７が固定されている。この
うち２個の円弧状磁性体ブロック２０７Ｘは、Ｘ方向に
沿うように配置され、やはりＸ方向に沿うように配置さ
れた後述のＥ形状電磁石２０８Ｘと非接触で対面し、Ｅ
形状電磁石２０８ＸからＸ方向の大きな吸引力を受けら
れるようになっている。この、Ｘ方向に沿って配置され
た円弧状の磁性体ブロック２０７ＸをＸ１、Ｘ２ブロッ
クと名づける。

【００５８】残りの２個の円弧状磁性体ブロック２０７
Ｙは、Ｙ方向に沿うように配置され、やはりＹ方向に沿
うように配置された後述のＥ形状電磁石２０８Ｙと非接
触で対面し、Ｅ形状電磁石２０８ＹからＹ方向の大きな
吸引力を受けられるようになっている。この、Ｙ方向に
沿って配置された円弧状の磁性体ブロック２０７ＹをＹ
１、Ｙ２ブロックと名づける。

【００５９】円筒形状の磁性体支持筒２８０の中空部分
には、自重補償ばね２８１が配置され、その上端が微動
ステージ４１の下面中央部と結合され、微動ステージ４
１の自重を支持するようになっている。自重補償ばね２
８１は自重支持方向および他の５自由度方向のばね定数
が極めて小さく設計されており、ばね２８１を介してＸ
ステージ２０から微動ステージ４１への振動伝達がほぼ
無視できるようになっている。

【００６０】Ｘ１Ｘ２可動子２０４Ｘが発生する力の作
用線のＺ座標は概ね一致している。Ｘ１Ｘ２可動子２０
４Ｘが発生する力の作用線のＺ座標は、Ｘ１Ｘ２可動子
２０４Ｘ、Ｙ１Ｙ２可動子２０４Ｙ、Ｚ１Ｚ２Ｚ３Ｚ４
可動子２０４Ｚおよび磁性体支持筒２８０および４つの
円弧状磁性体ブロック２０７を含む微動ステージ４１の
重心のＺ座標と概ね一致するようになっている。このた
めＸ１Ｘ２可動子２０４Ｘに発生するＸ方向の推力によ
って、Ｙ軸まわりの回転力がほとんど微動ステージ４１
に作用しないようになっている。

【００６１】Ｙ１Ｙ２可動子２０４Ｙが発生する力の作
用線のＺ座標は概ね一致している。Ｙ１Ｙ２可動子２０
４Ｙが発生する力の作用線のＺ座標は、Ｘ１Ｘ２可動子
２０４Ｙ、Ｙ１Ｙ２可動子２０４Ｙ、Ｚ１Ｚ２Ｚ３Ｚ４
可動子２０４Ｚおよび磁性体支持筒２８０および４つの
円弧状磁性体ブロック２０７を含む微動ステージ４１の
重心のＺ座標と概ね一致するようになっている。このた
めＹ１Ｙ２可動子２０４Ｙに発生するＹ方向の推力によ
って、Ｘ軸まわりの回転力がほとんど微動ステージ４１
に作用しないようになっている。

【００６２】Ｘ１Ｘ２ブロック２０７Ｘに作用する吸引
力の作用線のＺ座標は概ね一致している。Ｘ１Ｘ２ブロ
ック２０７Ｘに作用する吸引力の作用線のＺ座標は、Ｘ
１Ｘ２可動子２０４Ｘ、Ｙ１Ｙ２可動子２０４Ｙ、Ｚ１
Ｚ２Ｚ３Ｚ４可動子２０４Ｚおよび磁性体支持筒２８０
および４つの円弧状磁性体ブロック２０７を含む微動ス
テージ４１の重心のＺ座標と概ね一致するようになって
いる。このためＸ１Ｘ２ブロック２０７Ｘに作用するＸ
方向の吸引力によって、Ｙ軸まわりの回転力がほとんど
微動ステージ４１に作用しないようになっている。

【００６３】また、このＸ１Ｘ２ブロック２０７Ｘに作
用するＸ方向の吸引力の作用線のＸ座標は、Ｘ１Ｘ２可
動子２０４Ｘ、Ｙ１Ｙ２可動子２０４Ｙ、Ｚ１Ｚ２Ｚ３
Ｚ４可動子２０４Ｚおよび磁性体支持筒２８０および４
つの円弧状磁性体ブロック２０７を含む微動ステージ４
１の重心のＸ座標と概ね一致するようになっている。こ
のためＸ１Ｘ２ブロックに作用するＸ方向の吸引力によ
って、Ｚ軸まわりの回転力がほとんど微動ステージ４１
に作用しないようになっている。

【００６４】Ｙ１Ｙ２ブロック２０７Ｙに作用する吸引
力の作用線のＺ座標は概ね一致している。Ｙ１Ｙ２ブロ
ック２０７Ｙに作用する吸引力の作用線のＺ座標は、Ｘ
１Ｘ２可動子２０４Ｘ、Ｙ１Ｙ２可動子２０４Ｙ、Ｚ１
Ｚ２Ｚ３Ｚ４可動子２０４Ｚおよび磁性体支持筒２８０
および４つの円弧状磁性体ブロック２０７を含む微動ス
テージ４１の重心のＺ座標と概ね一致するようになって
いる。このためＹ１Ｙ２ブロック２０７Ｙに作用するＹ
方向の吸引力によって、Ｘ軸まわりの回転力がほとんど
微動ステージ４１に作用しないようになっている。

【００６５】また、このＹ１Ｙ２ブロック２０７Ｙに作
用するＹ方向の吸引力の作用線のＸ座標は、Ｘ１Ｘ２可
動子２０４Ｘ、Ｙ１Ｙ２可動子２０４Ｙ、Ｚ１Ｚ２Ｚ３
Ｚ４可動子２０４Ｚおよび磁性体支持筒２８０および４
つの円弧状磁性体ブロック２０７を含む微動ステージ４
１の重心のＸ座標と概ね一致するようになっている。こ
のためＹ１Ｙ２ブロック２０７Ｙに作用するＹ方向の吸
引力によって、Ｚ軸まわりの回転力がほとんど微動ステ
ージ４１に作用しないようになっている。

【００６６】Ｘステージ天板２１の上部には、微動ステ
ージ４１を６軸方向に位置制御するための８個の微動リ
ニアモータ２０３の固定子２０５、微動ステージ４１に
ＸＹ方向の加速度を与えるための電磁石支持円筒２８３
に支持された４個のＥ形電磁石２０８、微動ステージ４
１の自重を支持するための自重支持ばねの一端が固定さ
れている。

【００６７】各固定子２０５は、長円形のコイル２７８
をコイル固定枠５７９で支持する構造になっており、前
述の微動ステージ４１下面に固定されたリニアモータ可
動子２０４と非接触で対面するようになっている。

【００６８】８個の固定子２０５のうちの４個の固定子
２０５Ｚは、矩形状のＸステージ天板２１の辺のほぼ中
央部に配置され、微動ステージ４１をＸステージ２０に
対してＺ方向に微動駆動するためのＺ固定子を形成す
る。Ｚ固定子２０５Ｚは、前記長円コイル２７８Ｚの直
線部がＺ方向と直角になるように配置されており、前記
Ｚ可動子２０４ＺのＺ方向に沿って配置された２極の磁
石２７４ＺにＺ方向の推力を作用できるようになってい
る。このコイルをＺ１〜Ｚ４コイルと名づける。

【００６９】残りの４個の固定子のうち２個の固定子２
０５Ｘは、矩形状のＸステージ天板２１の対角の隅部に
配置され、Ｘ固定子を形成する。Ｘ固定子２０５Ｘで
は、前記長円コイル２７８Ｘの２つの直線部がＸ方向と
直角になり、２つの直線部がＸ方向に沿うように配置さ
れており、前記Ｘ可動子２０４ＸのＸ方向に沿って配置
された２極の磁石２７４ＸにＸ方向の推力を作用できる
ようになっている。このコイルをＸ１Ｘ２コイルと名づ
ける。

【００７０】残りの２個の固定子２０５Ｙも矩形状のＸ
ステージ天板２１の対角の隅部に配置され、Ｙ固定子を
形成する。Ｙ固定子２０５Ｙでは、前記長円コイル２７
８Ｙの２つの直線部がＹ方向と直角になり、２つの直線
部がＹ方向に沿うように配置されており、前記Ｙ可動子
２０４ＹのＹ方向に沿って配置された２極の磁石２０４
ＹにＹ方向の推力を作用できるようになっている。この
コイルをＹ１Ｙ２コイルと名づける。

【００７１】また、電磁石支持円筒２８３は、矩形状の
Ｘステージ天板２１のほぼ中央部に配置され、電磁石支
持円筒２８３の内部には４つのＥ形電磁石２０８が設け
られている。Ｅ形電磁石２０８は、Ｚ方向からみたとき
概ねＥ形の断面を有する磁性体ブロック２８５と、コイ
ル２８６とを具備している。コイル２８５は、Ｅの字の
中央の突起の周りに巻きまわされる。Ｅの字の３つの突
起部の端面は、直線ではなく円弧になっている。このＥ
形電磁石２０８の３つの突起部の端面は、前記微動ステ
ージ４１に固定された円弧状磁性体ブロック２０７と数
十ミクロン程度以上の空隙を介して非接触で対面し、コ
イルに電流を流すことによって円弧状磁性体ブロック２
８５に吸引力を作用するようになっている。

【００７２】４個のＥ形電磁石２０８のうち２個は、Ｘ
１Ｘ２ブロック２０７Ｘに対面するようにＸ方向に沿っ
て配置され、Ｘ１Ｘ２ブロック２０７ＸにそれぞれＸ方
向および−Ｘ方向の吸引力を与える。これをＸ１Ｘ２電
磁石２０８Ｘと名づける。

【００７３】Ｅ形電磁石２０８のうち残りの２個は、Ｙ
１Ｙ２ブロック２０７Ｙに対面するようにＹ方向に沿っ
て配置され、Ｙ１Ｙ２ブロック２０７ＹにそれぞれＹ方
向および−Ｙ方向の吸引力を与える。これをＹ１Ｙ２電
磁石２０８Ｙと名づける。

【００７４】電磁石２０８は吸引力しか発生できないの
で、ＸＹそれぞれの駆動方向について＋方向に吸引力を
発生する電磁石２０８と−方向に吸引力を発生する電磁
石２０８を設けているのである。

【００７５】また、磁性体ブロック２０７およびＥ形電
磁石の各々の対向面をＺ軸まわりの円筒面とし、４つの
磁性体ブロックと４つのＥ形電磁石２０８が、Ｚ軸周り
（θx方向）に互いに接触することなく、自由に回転で
きるようにしている。つまり、微動ステージ４１とＸス
テージ２０が、θx方向に相対移動可能となる。また、
θx方向に回転しても、Ｅ形電磁石２０８の端面と磁性
体ブロック２０７との間の空隙に変化がなく、同一電流
に対して電磁石２０８の発生する吸引力が変化しない。

【００７６】本実施形態では、４つの磁性体ブロックと
４つのＥ形電磁石の各々の対向面は円筒面としたが、こ
れに対向面の形状はこれに限るものではなく、球面形状
や、椀形状にしても良い。磁性体ブロックと電磁石の対
抗面を球面形状や椀形状にしても、θｘθｙθｚの回転
３軸方向について相対回転自在となり、相対回転しても
対向する面の空隙に変化がなく、電磁石の吸引力が変化
することもない。

【００７７】また、円弧状磁性体ブロック２０７および
Ｅ形磁性体ブロック２８５は層間が電気的に絶縁された
薄板を積層して形成されており、磁束変化にともなって
ブロック内に渦電流が流れることを防止しており、Ｅ形
電磁石２０８の吸引力を高い周波数まで制御することが
できる。

【００７８】以上の構成により、Ｘステージ２０から微
動ステージ４１に対して、リニアモータにより６軸方向
の推力を与えることができ、電磁石２０８によりＸＹ方
向の大きな吸引力を与えることができる。

【００７９】並進Ｚ方向および回転θｘθｙθｚ方向は
長いストロークを動かす必要はないが、ＸＹ方向は長い
ストロークにわたって推力や吸引力を作用させる必要が
ある。しかし、リニアモータ２０３も電磁石２０８もＸ
Ｙ方向のストロークが極めて短い。一方、Ｘステージ２
０はＸＹ方向に長いストロークを有する。そこで、Ｘス
テージ２０をＸＹ方向に移動させながら微動ステージ４
１にＸＹ方向の推力や吸引力を作用させることにより、
ＸＹ方向の長きにわたって微動ステージ４１にＸＹ方向
の推力や吸引力を作用させるようにしている。

【００８０】一例として、図６に、Ｙ方向にのみ長距離
移動し、他の５軸方向は現在位置に保持するような動作
を行う場合の制御ブロック図を示す。

【００８１】移動目標指示手段２２１は、微動ステージ
４１の６軸方向の位置等の目標値を位置プロファイル生
成手段２２２と加速プロファイル生成手段２２３に出力
する。位置プロファイル生成手段２２２は、目標指示手
段２２１からの目標値に基いて、時間と微動ステージ４
１がいるべき位置との関係を、並進ＸＹＺ方向および回
転θｘθｙθｚ方向の６軸方向についてそれぞれ生成す
る。加速プロファイル生成手段２２３は、目標指示手段
２２１からの目標値に基いて、時間と発生すべき加速度
の関係を、並進ＸＹ方向の２軸についてそれぞれ生成す
る。これらのプロファイルは、微動ステージ４１を剛体
とみなしてその代表位置に対して与えられる。代表位置
としては、微動ステージ４１の重心を用いるのが一般的
である。

【００８２】つまり本実施形態の場合、時間と微動ステ
ージ４１がいるべき重心の位置および重心周りの回転の
関係が位置プロファイル生成手段２２２により与えら
れ、微動ステージ４１の重心のＸＹ方向の加速プロファ
イルについては加速プロファイル生成手段２２３により
与えられる。

【００８３】本実施形態では、Ｙ軸方向のみ長距離移動
するので、Ｙ軸に関してのみ目標位置まで移動する位置
プロファイルが与えられ、他の軸に関しては現在位置に
とどまるよう一定値の位置プロファイルがあたえられ
る。また加速プロファイルもＹ軸は移動に伴う加減速パ
ターンが加速プロファイル生成手段により与えられ、移
動のないＸ軸は常にゼロである。

【００８４】６軸方向の微動ステージ４１の重心位置お
よび重心周りの回転の位置プロファイル生成手段２２２
の出力は、微動リニアモータ２０３を制御する微動ＬＭ
位置サーボ系に入力される。このうちの重心のＸ位置プ
ロファイル生成手段２２２Ｘの出力とＹ位置プロファイ
ル生成手段２２２Ｙの出力は、Ｘステージ２０をＸＹ方
向に移動させるＸＹステージの長距離リニアモータ２１
０の電流をフィードバック制御する長距離ＬＭ位置サー
ボ系２３５にも入力される。

【００８５】またＸ加速プロファイル生成手段２２３Ｘ
の出力とＹ加速プロファイル生成手段２２３Ｙの出力
は、電磁石２０８の吸引力をフィードフォワード制御す
る吸引ＦＦ系２３１に入力される。

【００８６】微動ＬＭ位置サーボ系２２５は、差分器２
４１と、演算部２２６と、出力座標変換部２４２と、微
動電流アンプ２２７と、微動ステージ位置計測系２２８
と、入力座標変換部２４３とを有する。差分器２４１
は、上記位置プロファイル生成手段２２２が出力する微
動ステージ４１の重心の現在いるべきＸＹＺθｘθｙθ
ｚ位置（目標位置）と微動ステージ４１の重心が実際に
いるＸＹＺθｘθｙθｚ位置（計測位置）との偏差を出
力する。演算部２２６は、差分器２４１からの偏差信号
に基いて、ＰＩＤ等に代表される制御演算を施し、６軸
分の駆動指令を計算する。出力座標変換部２４２は、６
軸分の駆動指令をＸ１Ｘ２Ｙ１Ｙ２Ｚ１Ｚ２Ｚ３Ｚ４リ
ニアモータ２０３に分配する演算を行い、その結果をア
ナログ電圧で出力する。微動電流アンプ２２７は、該ア
ナログ出力電圧に比例する電流をＸ１Ｘ２Ｙ１Ｙ２Ｚ１
Ｚ２Ｚ３Ｚ４リニアモータ２０３に供給する。微動ステ
ージ４１位置計測系は、微動ステージ４１の概ね露光点
のＸＹＺθｘθｙθｚの位置を計測する干渉計等を備え
た前述の計測手段を有する。入力座標変換部２４３は、
微動ステージ位置計測系からの信号に基いて、微動ステ
ージ４１の概ね露光点のＸＹＺθｘθｙθｚの位置を微
動ステージ４１の重心のＸＹＺθｘθｙθｚ位置に換算
する。

【００８７】微動ＬＭ位置サーボ系２２５は、各軸ごと
にみると、位置プロファイル生成手段２２２の出力を指
令値とする通常の位置サーボ系であるが、大推力が必要
なときは、後述の吸引ＦＦ系２３１から力をもらうよう
になっている。また、上述のように電磁石２０８の吸引
力は、その作用線と微動ステージ４１の重心を一致させ
ることにより、微動ステージ４１に回転力を発生しない
ように構成されている。そのため、微動リニアモータ２
０３は、目標位置とのわずかな位置偏差を解消するため
の小さい推力を発生するだけでよいので、発熱が問題に
なるような電流が流れないようになっている。またソフ
ト的またはハード的にリニアモータの電流を制限して吸
引ＦＦ系２３１との連動が誤動作した場合でも発熱が問
題になるような電流が流れないようにすることもでき
る。

【００８８】吸引ＦＦ系２３１は、１対のＸ１Ｘ２電磁
石２０８ＸとＸ１Ｘ２ブロック２０７Ｘとの間に加速プ
ロファイル生成手段２２３の出力に比例したＸ方向の合
成推力を発生させるための制御系と、１対のＹ１Ｙ２電
磁石２０８ＹとＹ１Ｙ２ブロック２０７Ｙとの間に加速
プロファイル生成手段２２３の出力に比例したＹ方向の
合成推力を発生させるための制御系とを有する。各制御
系は、補正手段２３２と、調整手段２３３と、１対の電
磁石２０８のコイル２８６を各々独立に駆動する２つの
電磁石用電流アンプ２３４とから構成される。

【００８９】補正手段２３２は、電磁石２０８の電流と
推力の非線型関係を補正するためのものである。多くの
場合、補正手段２３２は符号を保存する平方根演算器で
ある。一般に電磁石の吸引力は電磁石の電流の二乗に比
例する。要求される力は、加速プロファイル生成手段２
２３の出力に比例する力であるから、この出力の平方根
をとってそれを電流指令とすれば、加速プロファイル生
成手段２２３の出力の平方根の２乗に比例する吸引力が
働く。つまり加速プロファイル生成手段２２３の出力に
比例した吸引力が働く。また、加速プロファイル生成手
段２２３の出力は、符号を含んでいるが、平方根演算は
出力の絶対値に対して行い、演算後に符号を付加して調
整手段に出力するようになっている。

【００９０】また、調整手段２３３は、１対の電磁石２
０８を構成する各々の電磁石２０８と磁性体２０７の間
に働く吸引力を調整し、両者の合力の大きさと向きを所
望のものにするためのものである。電磁石２０８は電流
の向きによらず磁性体２０７を吸引する力しか出せな
い。そこで、１対の電磁石２０８で磁性体２０７を挟
み、各々の電磁石２０８で磁性体板に対して逆向きの力
を発生するようにし、その２つの力を調整することで磁
性体２０７に働く合力の大きさと方向を制御するように
している。前記補正手段２３２の出力の符号に基いて、
１対の電磁石２０８のうちのどちらに電流を与えるかを
選択し、前記補正手段２３２の出力に比例した値を電流
アンプ２３４に入力し、他方の電磁石２０８の電流はゼ
ロに制御するようにするのがもっとも簡単な構成であ
る。補正手段２３２の出力がゼロの場合は、どちらの電
磁石２０８の電流もゼロに制御される。この結果、１対
の電磁石２０８から磁性体２０７に対して、加速プロフ
ァイル生成手段２２３の出力の大きさに比例した推力が
所望の方向に付与されることになる。また、補正手段２
３２の出力がゼロのときに２つの電磁石２０８に等しい
バイアス電流を流しておくこともできる。これは電磁石
２０８のＢＨ曲線の動作中心を電流すなわち磁界の強さ
と磁束密度の関係をより線形にする効果がある。この場
合、補正手段と調整手段は一体となって、加速プロファ
イル出力に基いて、２つの電磁石２０８に適当な電流を
指令する動作をする。

【００９１】具体的には加速プロファイル生成手段２２
３の出力がプラス移動方向にVa、バイアス電流がIbのと
き、プラス移動方向に吸引力を発生する電磁石２０８の
コイル電流をIp、マイナス移動方向に吸引力を発生する
電磁石２０８のコイル電流をImとすると、あらかじめ定
めた比例定数Kに対してVa=K((Ip-Ib)^2-(Im-Ib)^2)を満
たすようなIp、Imを出力する動をする。電磁石２０８は
小さいアンペアターンで大きな推力を得ることができ発
熱はほとんど問題にならない。

【００９２】また、一定速度で走行中は電磁石２０８の
電流はゼロに制御する。このため床振動等の外乱が電磁
石２０８を通して微動ステージ４１側に伝わることはな
い。この状態においては、微動リニアモータを用いて微
動ステージ４１の６軸方向の位置決めを高精度に制御す
る。

【００９３】本実施形態において、微動ステージ４１に
連結された微動リニアモータおよび電磁石２０８はスト
ロークが短いので、そのままでは長距離にわたって力を
付与することができない。そこで、微動ステージ４１に
力を付与する基準となるＸステージ２０をＸＹ方向に移
動させながら微動ステージ４１にＸＹ方向の推力や吸引
力を作用させることにより、ＸＹ方向の長きにわたって
微動ステージ４１にＸＹ方向の推力や吸引力を作用させ
るようにしている。これを実現するために、長距離ＬＭ
位置サーボ系と、それに接続される２本のＹリニアモー
タおよび１本のＸリニアモータが設けられている。

【００９４】長距離ＬＭ位置サーボ系２３５は、Ｘ制御
系とＹ制御系とを有する。Ｘ制御系は、１本のＸリニア
モータによってＸステージ２０のＸ位置をＸ位置プロフ
ァイルにならうように制御する。Ｙ制御系は、２本のＹ
リニアモータによってＸステージ２０およびＹステージ
１０のＹ位置をＹ位置プロファイルに基いて制御する。

【００９５】長距離ＬＭ位置サーボ系２３５のＸおよび
Ｙ制御系は、ＸまたはＹ方向の位置プロファイルと、Ｘ
ステージ天板２１の側面に構成された反射ミラーに照射
した干渉計ビームにより計測されるＸまたはＹ方向のＸ
ステージ２０の現在位置との差分を出力し、この偏差信
号にＰＩＤ等に代表される制御演算を施し、ＸまたはＹ
方向の加速指令を計算し、これをＸまたはＹリニアモー
タ電流アンプ５３７を介してＸリニアモータ２１０Ｘま
たはＹリニアモータ２１０Ｙに出力するようになってい
る。

【００９６】この結果、Ｙリニアモータ２１０ＹはＹス
テージ１０、Ｘステージ２０、および微動ステージ４１
等の全体質量をＹ方向に加速するための推力を発生し、
Ｘリニアモータ２１０ＸはＸステージ２０および微動ス
テージ４１等の全体質量をＸ方向に加速するための推力
を発生する。

【００９７】本実施形態では、加速プロファイル生成手
段２２２の出力を、長距離ＬＭ位置サーボ系の制御演算
器の出力に加算してモータ電流アンプに入力することに
よって、加速度をフィードフォワード的に長距離リニア
モータ２１０に指令し、加速中に位置偏差がたまらない
ようにしている。

【００９８】本実施形態では、加速プロファイルは吸引
ＦＦ系２３１と長距離ＬＭ位置サーボ系２３５にフィー
ドフォワード的に与えているが、これに加えて、微動Ｌ
Ｍ位置サーボ系２２５にフィードフォワード的に与える
ようにしてもよい。また、加速プロファイルをＸＹ方向
だけでなく６軸方向すべて生成し、微動ＬＭ位置サーボ
系２２５にフィードフォワード的に与えるようにしても
よい。

【００９９】Ｘステージ２０や微動ステージ４１の加速
終了後も、Ｘステージ２０およびＹステージ１０はＸ位
置およびＹ位置プロファイルに基いて移動する。加速終
了後は２本のＹリニアモータと１本のＸリニアモータは
Ｘ１Ｘ２Ｙ１Ｙ２の微動リニアモータが発生する推力の
反力を発生しているだけである。

【０１００】以上のように本実施形態によれば、リニア
モータで移動されるＸステージ２０およびＹステージ１
０とＸステージ２０を基準とする電磁石２０８の吸引力
によって微動ステージ４１を加速し、微動ステージ４１
の加速が終了したら電磁石は電流をゼロにして床振動を
絶縁し、長距離ＬＭ位置サーボ系はＸステージ２０およ
びＹステージ１０をＸおよびＹの位置プロファイルに基
いて移動させ、電磁石２０８や微動リニアモータの可動
子固定子が接触しないようにしつつ、これらの動作と平
行して微動リニアモータによって常時高精度な位置制御
を行うようにすることにより、大推力と低発熱と微動ス
テージ４１に対する高精度６軸位置制御を同時に達成す
るようにした。

【０１０１】なお、本実施形態では、電磁石２０８や微
動リニアモータの推力発生の基準であるＸステージ２０
の位置を微動ステージ４１の位置とは全く独立に計測
し、全く独立した制御系で位置制御している。

【０１０２】このようなＸステージ２０位置の独立計測
独立制御は、相対センサを用いた制御と比較して、以下
のような利点がある。

【０１０３】まず第１の利点は、実装上の不利益が多い
相対位置センサを用いないで済むことが挙げられる。Ｘ
ステージ２０と微動ステージ４１の相対位置を計測する
相対位置センサを設ける場合、Ｘステージ２０または微
動ステージ４１に固定しなければならない。センサ取り
付け部が振動しないように強固に固定しようとすると、
取り付け部の寸法が増加し、周囲の部品との干渉や質量
の増加が懸念される。またプリアンプも近くに搭載する
必要があり、これも周囲の空間を圧迫し質量増加を招
く。また、センサのケーブルをＸステージ２０や微動ス
テージ４１がひきずることになり、ケーブルの引き回し
による外乱力が増加する。つまり、本実施形態のＸステ
ージ２０と微動ステージ４１の計測および制御を独立に
することによって、微動ステージ４１の質量を軽減させ
ることができるので、微動ステージ４１に駆動力を与え
たときの応答が速くなり、微動ステージ４１の高速な位
置決めに有利である。また、ケーブルの引き回しがな
く、高精度な位置決めに適している。

【０１０４】第２の利点は、演算の負荷が減ることであ
る。これは、上記の実装の問題とも関わっている。ギャ
ップセンサ等の相対位置センサでＸＹ方向だけの相対変
位を計測しようとした場合、微動ステージ４１の重心に
相当する位置をＸステージ２０から相対的に測定できる
ようにセンサを配置するのは困難である。例えば、本実
施形態では重心の付近には電磁石２０８や磁性体ブロッ
クがあり、相対位置センサを設けるとするとこれを避け
て配置しなければならない。すると、微動ステージ４１
の回転に起因するいわゆるアッベ誤差が相対センサに入
ってくる。この誤差を取り除くためには、前記微動ステ
ージ４１の重心位置計測結果のθｘθｙθｘの値と、相
対位置センサの取付位置と微動ステージ４１の重心位置
との隔たり量からＸＹ方向の変位を計算し、または相対
位置センサを６個設けて座標変換を行うことによりＸＹ
方向の変位を計算したりしなければならず、演算の負荷
が増える。本実施形態では、このような演算の負荷が軽
減されているため、高速な位置決めには非常に適してい
る。

【０１０５】第３の利点は、Ｘステージ２０および微動
ステージ４１の制御系に入る外乱を減らすことができ
る。相対位置センサを用いた制御方式では、長距離ＬＭ
位置サーボ系に入る外乱が増える。相対位置センサを用
いた制御方式では、長距離ＬＭ位置サーボ系に対する位
置指令は常にゼロであり、微動ステージ４１とＸステー
ジ２０が相対変位するとそれが外乱となる。つまり、微
動ステージ４１の応答遅れがあると外乱がふえる。さら
に、相対位置センサを用いた制御方式では、微動ステー
ジ４１の微動ＬＭサーボが有効でないとＸＹステージを
駆動することができない。そのため相対位置センサを用
いた制御方式では、例えば試験のためにＸＹステージ位
置のみを移動させることはできない。一方、本実施形態
の独立計測独立制御方式では、Ｘステージ２０の位置計
測に干渉計を用いており、これはＸステージ２０の側面
にミラーを形成するだけですむ。

【０１０６】つまり、本実施形態の独立計測独立制御に
より、微動ステージ４１周辺の空間を圧迫したり、ケー
ブルを引きまわしたり、相対位置センサのアンプを搭載
することによって質量が増加することもない。また、本
実施形態の独立計測独立制御方式では、干渉計で計測し
たＸＹの位置信号に、微動ステージ４１の回転量は混入
してこないので、位置信号に対して複雑な演算を施す必
要もない。また、微動ステージ４１に応答遅れがあって
も長距離ＬＭ位置サーボ系には混入してこないので無用
の外乱が増えることもない。また、微動ステージ４１の
微動ＬＭサーボ系を立ち上げることなく長距離ＬＭ位置
サーボ系に位置指令を与えることでＸステージ２０を任
意位置に移動させることができる。

【０１０７】本実施形態では、微動ステージ４１の６軸
方向の微動制御に８個の微動リニアモータを用いる例を
示したが、これに限るものではなく、微動リニアモータ
は６軸方向の推力が出せるように最低６個のアクチュエ
ータがあればよい。アクチュエータの配置も本実施形態
のものに限定されないことは言うまでもない。また、前
述の実施形態と同様に、微動リニアモータに冷却装置を
設けても良い。

【０１０８】電磁石２０８は吸引力しか出せないので、
本実施形態ではＸＹ方向の加速減速を行うのに４個の電
磁石２０８を必要とした。しかし、電磁石２０８の数
も、ＸＹ方向に区別することを考慮に入れなければ、少
なくとも３個の電磁石２０８があればＸＹ方向の駆動を
行うことができる。また、電磁石２０８は、コイルに電
流を流したとき磁性体に吸引力を発生できるものであれ
ばなんでもよく、本実施形態のようなＥ形状に限定され
るものではない。

【０１０９】また独立計測独立制御において、Ｘステー
ジ２０位置計測を行うのにＸステージ２０の側面ミラー
を利用して干渉計で計測したが、これに限るものではな
く、ＸおよびＹリニアモータにリニアエンコーダを設
け、これによりＸステージ２０位置を計測してもよい。
また、リニアエンコーダのかわりに長尺を測定できる任
意のセンサを使うこともできる。

【０１１０】また、本実施形態では、Ｘステージ２０を
ＸＹ方向に長ストローク駆動するためにリニアモータを
用いたが、これに限るものではなく、ボールネジ、ピス
トン、ロボットアーム等を用いても良い。

【０１１１】また、本実施形態では、微動ステージ４１
の自重支持に自重補償ばねを用いたが、これに限るもの
ではなく、エアによる浮上力を利用したり、磁石の反発
力を利用したり、Ｚ方向に力を発生するアクチュエータ
を利用しても良い。Ｚ方向に力を発生させるアクチュエ
ータとして、前述の微動リニアモータを用いても良い
が、リニアモータの発熱は大きいため、発熱の小さなア
クチュエータを微動リニアモータとは別に設けても良
い。

【０１１２】上記の微動ステージ４１を搭載したＸＹス
テージは、前述の実施形態のベース１上を移動可能に支
持される。また、前述の実施形態と同様に、ベース１
は、ベース搭載台３にボルト締結などによって固定され
る。固定部５は、構造体フレーム６に搭載され、ボルト
締結などによって構造体フレーム６を固定する。

【０１１３】ベース搭載台３は、ベースＸガイド３ｇに
より、ベースＹ移動体４に対してＸ方向に滑らかに移動
可能である。また、ベースＹ移動体４は、ベースＹガイ
ド４ｇにより、固定部５に対してＹ方向に滑らかに移動
可能である。また、構造体フレーム６は、マウント７上
に設けられている。

【０１１４】本実施形態により、ＸＹステージの加減速
反力はもとより、ＸＹステージ移動による重心変動、さ
らにＸＹステージ制御反力は構造体フレームに作用しな
い。

【０１１５】さらに、本実施形態により、ＸＹステージ
の挙動が微動ステージに伝わらない構成にすることで、
ＸＹステージの位置決めが多少粗くても、その影響が微
動ステージには及ばなくすることができる。

【０１１６】＜実施形態４＞図７は、第４実施形態の位
置決め装置を示している。

【０１１７】本実施形態では、前述のベースＹ移動体４
のＹ方向ストロークを長く設定している。

【０１１８】前述の実施形態におけるベースＸＹステー
ジ２の基本動作のストロークは、慣性質量比で決まり、
ＸＹステージ１０のストロークと比べて小さいストロー
クで十分であった。しかし、図７中のベースＸＹステー
ジ２’のようにベースＹ移動体４の固定部５に対するＹ
方向ストロークを大きく採ることにより、装置内よりＸ
Ｙステージを自動もしくは手動で引き出すことが可能と
なり、メンテナンス性を向上させることができる。

【０１１９】＜実施形態５＞上述の実施形態の基本動作
においては、ベースＸＹステージによって、ＸＹステー
ジのＸＹ方向の並進方向の駆動反力をキャンセルでき
る。しかし、ＸＹステージとベースＸＹステージのＺ方
向の重心が一致しないので、並進方向の駆動反力をキャ
ンセルする際に、Ｘ軸周りの回転方向とＹ軸周りの回転
方向（θｘ、θｙ方向）にモーメントが生じる。

【０１２０】そこで、このモーメントの発生を抑制する
ために、ベース１もしくはベースＹ移動体４におもり等
を付加し、積極的にＺ方向の重心を一致させることも可
能である。また、ベース１もしくはベースＹ移動体４の
あおり方向にアクチュエータを付加することで、ベース
１のθｘ、θｙの挙動を抑えることは可能である。

【０１２１】図８に、上記の具体的手法を示す。

【０１２２】同図は、モーメント補償機構を具備したベ
ースＸＹステージ２”を示している。分かりやすくする
ため、同図において、ベース搭載面に搭載されるベース
および固定部が搭載される構造体フレームは省略してあ
り、かつモーメントのうちθｘを対象として補償機構の
みを図示している。

【０１２３】１０９は、モーメント補償用アクチュエー
タであり、例えばＺ方向に力を発生するｚリニアモータ
である。

【０１２４】１０８は、固定部５に対するベースＹ移動
体４のθｘ変動を計測するための変位計である。変位計
１０８は、ベースＹ移動体４もしくは搭載されるベース
１の挙動が検出できれば良いので、加速度計や速度計を
用いても良い。なお、ベースＹ移動体が固定部に対して
所定量動くので、上記のモーメント補償用アクチュエー
タや検出計は、十分なストロークで機能が確保されてい
る必要がある。

【０１２５】モーメント補償用アクチュエータ１０９の
動作について以下に説明する。ＸＹステージがＹ方向に
駆動されると、その駆動反力がベースとベース搭載台３
およびベースＹ移動体４に生じる。しかし、ＸＹステー
ジのＺ方向の重心位置とベース＋ベース搭載台＋ベース
Ｙ移動体のＺ方向の重心位置とが一致していないので、
ベースにはθｘ方向にモーメント力がかかるが、そのモ
ーメント力を打消すようにモーメント補償手段１０９が
働く。これにより、モーメントを原因とするベースの振
動を軽減することができる。上記の手段は、当然θｙ方
向にも同様に適用されうる。

【０１２６】重心ずれに対する補償を上記実施例におい
ては、θｘ方向に関しては、ベースＹ移動体４と固定部
５との間に、さらに図示していないが、θｙ方向に関し
ては、ベース搭載台３とベースＹ移動体との間に設けて
いる。また、例えば、モーメント補償用アクチュエータ
であるｚリニアモータを適用し、構造体フレーム６から
ベースに直接作用するアクチュエータにより、モーメン
ト反力を構造体フレームにも伝えなくすることも可能で
ある。このとき、高精度なモーメント補償が可能である
が、ベース１が構造体フレーム６に対してＸＹ方向に所
定量動くため、上記のアクチュエータや変位計等の検出
計は、十分なストロークで機能が確保されている必要が
ある。

【０１２７】さらに、重心ずれに対する補償を上記実施
例においては、構造体フレーム基準に発生するアクチュ
エータにより実現したが、例えば、ベースに回転運動可
能なカウンタローラを付加し、モーメント反力を構造体
フレームにも伝えなくすることも可能である。

【０１２８】また、上述したようなモーメント補償機構
をマウント７に設けることも可能である。例えば、マウ
ントにエアマウントを採用し、エアマウントの内圧を制
御したり、もしくはエアマウントとリニアモータを併用
し、リニアモータの力制御をすることでベースの傾きを
補償することは可能である。

【０１２９】＜実施形態６＞上述の実施形態では、ベー
スＸＹステージがＸＹ方向に動くことを特徴としてきた
が、選択的に１軸ずつ作動させることも可能である。

【０１３０】＜実施形態７＞本発明のＸＹステージの形
態は、上述の実施形態に限られるものではない。例え
ば、図９のようなＸＹステージ１０’と組合せても効果
を発揮することができる。

【０１３１】以下に図９のＸＹステージ１０’を簡単に
説明する。

【０１３２】ＸＹステージ１０’は、ＸＹ可動部５０、
Ｘ方向のみに運動するＸバー５２ｘ、Ｙ方向のみに運動
するＹバー５２ｙおよびベース１を有する。

【０１３３】Ｘバー５２ｘの両側にはｘ運動機構５３ｘ
が固定されている。ｘ運動機構５３ｘは、ベース１に対
してＸ方向に滑らかに動くことのできる案内と、ベース
１に対してＸ方向に駆動力を与えるアクチュエータとを
内蔵している。同様に、Ｙバー５２ｙは、両側にはｙ運
動機構５３ｙが固定されている。ｙ運動機構５３ｙは、
ベース１に対してＹ方向に滑らかに動くことのできる案
内と、ベース１に対してＹ方向に駆動力を与えるアクチ
ュエータとを内蔵している。また、ＸＹ可動部５０は、
Ｘ力支持部５１ｘ、Ｙ力支持部５１ｙと一体であり、ぞ
れぞれＸバー５２ｘ、Ｙバー５２ｙにより駆動力を受け
る。また、ＸＹ可動部５０のＺ方向は、ベース１を基準
に静圧軸受によって非接触支持されている。

【０１３４】以上の構成により、ＸＹ可動部５０は、ベ
ース１上のＸＹ平面を自由に移動することができる。

【０１３５】上述のＸＹステージ１０’のベース１をこ
れまで説明してきたベースＸＹステージ２のベース搭載
台３に搭載することで、ＸＹ可動部の駆動反力をキャン
セルでき、ＸＹ可動部の位置決め性能を向上させること
ができる。

【０１３６】＜実施形態８＞次に前述した実施形態の位
置決め装置装置をウエハステージもしくはレチクルステ
ージとして搭載した走査型露光装置の実施形態を、図１
０を用いて説明する。

【０１３７】鏡筒定盤３９６は床または基盤３９１から
ダンパ３９８を介して支持されている。また鏡筒定盤３
９６は、レチクル定盤３９４を支持すると共に、レチク
ルステージ３９５とウエハステージ３９３の間に位置す
る投影光学系３９７を支持している。

【０１３８】ウエハステージは、床または基盤から支持
された構造体フレーム６上に支持され、ウエハを載置し
て位置決めを行う。また、レチクルステージは、鏡筒定
盤に支持されたレチクルステージ定盤上に支持され、回
路パターンが形成されたレチクルを搭載して移動可能で
ある。レチクルステージ３９５上に搭載されたレチクル
をウエハステージ３９３上のウエハに露光する露光光
は、照明光学系３９９から発生される。

【０１３９】なお、ウエハステージ３９３は、レチクル
ステージ３９５と同期して走査される。レチクルステー
ジ３９５とウエハステージ３９３の走査中、両者の位置
はそれぞれ干渉計によって継続的に検出され、レチクル
ステージ３９５とウエハステージ３９３の駆動部にそれ
ぞれフィードバックされる。これによって、両者の走査
開始位置を正確に同期させるとともに、定速走査領域の
走査速度を高精度で制御することができる。投影光学系
に対して両者が走査している間に、ウエハ上にはレチク
ルパターンが露光され、回路パターンが転写される。

【０１４０】本実施形態では、前述の実施形態のステー
ジ装置をウエハステージもしくはレチクルステージとし
て用いているため、ステージの移動による反力や重心位
置の変化の影響を受けることなくウエハの露光を行うこ
とが可能となり、高速・高精度な露光が可能となる。

【０１４１】なお、本実施形態において、構造体フレー
ム６と鏡筒定盤３９６をダンパ３９８を介して振動的に
独立に支持しているが、構造体フレーム６と鏡筒定盤３
９６を一体的に設け、この一体構造体をダンパで支持す
るようにしても良い。

【０１４２】＜実施形態９＞次に上記説明した露光装置
を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明す
る。図１１は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体
チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造フロー
を示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの
回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計
した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステッ
プ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエ
ハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程
と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソ
グラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成す
る。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステッ
プ１４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ
化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボ
ンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の
工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップＳ７）される。

【０１４３】図１２は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって
マスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステッ
プ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステッ
プ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部
分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッ
チングが済んで不要となったレジストを取り除く。これ
らのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上
に多重に回路パターンが形成される。本実施例の製造方
法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導
体デバイスを製造することができる。

【０１４４】

【発明の効果】本発明の請求項１記載の位置決め装置に
よれば、ステージを第１方向および大２方向に駆動する
ときの駆動反力がキャンセルされるので、第２構造体が
大きく振動されることはない。また、第２構造体に搭載
された第１構造体、ベースおよびステージのトータルの
重心位置は第１方向および第２方向に移動しないので、
第２構造体の姿勢変動は軽減される。これらの効果が有
機的に作用することで、目的物を搭載するＸＹステージ
の位置決め精度を飛躍的に向上させることができる。

【０１４５】また、本発明によれば、ステージの第１方
向および第２方向に働く反力を、ベースおよび第１構造
体が各方向に移動してキャンセルしているので、回転ず
れを考慮することなく、構造を簡略化することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の位置決め装置の概略図

【図２】第１実施形態の位置決め装置の基本動作の説明
図

【図３】第２実施形態の位置決め装置の概略図

【図４】第３実施形態の位置決め装置に用いられる微動
ステージの概略図

【図５】第３実施形態の位置決め装置に用いられる微動
ステージの分解図

【図６】第３実施形態の位置決め装置の制御図

【図７】第４実施形態の位置決め装置の概略図

【図８】第５実施形態の位置決め装置の概略図

【図９】第７実施形態の位置決め装置の概略図

【図１０】第８実施形態の走査型露光装置の概略図

【図１１】半導体デバイス製造方法のフロー図

【図１２】ウエハプロセスフロー図

【図１３】従来の位置決め装置の概略図

【符号の説明】

１ベース２ベースＸＹステージ３ベース搭載台４ベースＹ移動台５固定部６構造体フレーム８リニアセンサ９アクチュエータ１０ＸＹステージ２０Ｘステージ２１天板２５静圧軸受３０Ｙステージ３５静圧軸受４１微動ステージ４３アクチュエータ４５冷却機構２２１目標値指示手段２２２位置プロファイル生成手段２２３加速プロファイル生成手段２２５微動ＬＭ位置サーボ系２２６演算部２２７微動電流アンプ２２８ウエハ天板位置計測系２２９ウエハ天板側面ミラー２３１吸引ＦＦ系２３２補正手段２３３調整手段２３４電磁石用電流アンプ２３５長距離ＬＭ位置サーボ系２３７リニアモータ電流アンプ２３８ステージ位置計測器２３９Ｘステージ側面ミラー２４１差分器２４２出力座標変換部２４３入力座標変換部２５０Ｙヨーガイド２５１Ｙステージ２５２Ｘヨーガイド２５３Ｙスライダ大２５４Ｙスライダ小２５５連結板２６１Ｘステージ２６２Ｘステージ側板２６３Ｘステージ上板２６４Ｘステージ下板２７１ウエハチャック２７２窪み２７４磁石２７５ヨーク２７６側板２７８コイル２７９コイル固定枠２８０磁性体支持筒２８１自重補償ばね２８３電磁石支持円筒２８５Ｅ形磁性体２８６コイル３９１床・基盤３９２ステージ定盤３９３ウエハステージ３９４レチクル定盤３９５レチクルステージ３９６鏡筒定盤３９７投影光学系３９８ダンパ３９９照明光学系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上充東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者伊藤博仁東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 5F046 CC03 CC05 CC06 CC16 CC19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベースに設けられた基準面上を第１方向
及び第２方向に移動可能なステージと、該ベースと該ステージとの間で駆動力を発生する駆動装
置と、該ベースを前記第１方向に移動可能に支持する第１構造
体と、該第１構造体を前記第２方向に移動可能に支持する第２
構造体とを備えることを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】前記駆動装置が前記ベースと前記ステー
ジとの間で駆動力を発生するとき、前記ベースは、前記第２構造体に対して、前記ステージ
と反対方向に移動することを特徴とする請求項１記載の
位置決め装置。
【請求項３】前記ステージは、第１ステージと第２ス
テージとを備えることを特徴とする請求項１または２記
載の位置決め装置。
【請求項４】前記第１ステージは、前記第２ステージ
に対して前記第１方向に移動可能であり、前記第２ステージは、前記ベースに対して前記第２方向
に移動可能であることを特徴とする請求項３記載の位置
決め装置。
【請求項５】前記ステージは、前記ベースに対して、
非接触で支持され、非接触で駆動されることを特徴とす
る請求項１〜４いずれかに記載の位置決め装置。
【請求項６】前記ステージは、微動ステージを搭載し
ていることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の
位置決め装置。
【請求項７】前記微動ステージは、前記ステージに対
して６軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項
６記載の位置決め装置。
【請求項８】前記微動ステージを駆動するアクチュエ
ータに冷却機構を設けることを特徴とする請求項６また
は７に記載の位置決め装置。
【請求項９】前記微動ステージは、前記ステージから
リニアモータにより力が与えられることを特徴とする請
求項６〜８いずれかに記載の位置決め装置。
【請求項１０】前記微動ステージは、前記ステージか
ら電磁石により力が与えられることを特徴とする請求項
６〜９いずれかに記載の位置決め装置。
【請求項１１】前記第２構造体は、マウントで支持さ
れていることを特徴とする請求項１〜１０いずれかに記
載の位置決め装置。
【請求項１２】請求項１〜１１いずれかに記載の位置
決め装置を有することを特徴とする露光装置。
【請求項１３】請求項１２記載の露光装置を用いてデ
バイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。