JP2002057091A

JP2002057091A - ステージ装置及び露光装置

Info

Publication number: JP2002057091A
Application number: JP2000243939A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Tanaka; 慶一田中; Yukiharu Okubo; 至晴大久保; Hiroaki Narushima; 弘明鳴嶋; Yukio Kakizaki; 幸雄柿崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2002-02-22

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】真空中でも使用でき、装置を小型にでき、制
御性を向上できるステージ装置を提供する。【解決手段】ステージ装置１には、Ｙ軸方向に延びる
２本のガイド部材１３、１４と、ガイド部材１３、１４
の各々に対して非接触気体軸受を介してガイドされるス
ライダ２３、２４が設けられている。２本のガイド部材
１３、１４の相互間には、Ｘ軸方向に延びる移動ガイド
２５が掛け渡されており、移動ガイド２５に対して非接
触気体軸受を介してガイドされるスライダ２７が設けら
れている。スライダ２７には、駆動機構として、リニア
モータと、加減速時の駆動力をアシストする、前記非接
触気体軸受に併設された気体シリンダとが具備されてい
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、荷電粒子ビーム露
光装置等に用いられる精密移動・位置決め用のステージ
装置に関する。特には、真空中でも使用でき、軽量で且
つ制御性を向上できるステージ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、精密移動・位置決め用のステージ装置としては、様
々な形態のものが開発されている。

【０００３】特開昭６２−１８２６９２には、ボックス
型のエアベアリング（気体軸受）を有する２軸エアステ
ージ装置が開示されている。図８は、特開昭６２−１８
２６９２に開示されたステージ装置１４０を示す斜視図
である。このステージ装置１４０は定盤１４１を備え
る。定盤１４１上には、２つのボックス型をしたベース
ガイド１４２が載置されている。ベースガイド１４２の
内面には、永久磁石板が貼着されており、モータヨーク
１４２ａを形成している。２つのベースガイド１４２の
上部には、各々ボックス型をしたコイルボビン１４３が
嵌合されている。これらのモータヨーク１４２ａとコイ
ルボビン１４３はリニアモータを構成しており、Ｘ方向
に移動できる。

【０００４】２つのコイルボビン１４３の間には、ボッ
クス型をした可動ガイド１４４が掛け渡されている。可
動ガイド１４４の内面には、永久磁石板が貼着されてお
り、モータヨーク１４４ａを形成している。可動ガイド
１４４の上部には、ボックス型をしたコイルボビン１４
５が嵌合されている。これらのモータヨーク１４４ａと
コイルボビン１４５はリニアモータを構成しており、Ｙ
方向に移動できる。なお、コイルボビン１４５上には、
ウェハ等を載置するステージ１４６が設置されている。

【０００５】このステージ装置１４０のコイルボビン１
４３、１４５の内側の各面には、それぞれモータヨーク
１４２ａ、１４４ａに対向した位置に空気噴出し孔（図
示せず）が設けられている。空気噴出し孔からコイルボ
ビン１４３、１４５とモータヨーク１４２ａ、１４４ａ
の隙間に空気を噴出させることにより、空気軸受を構成
している。

【０００６】このステージ装置１４０には、以下のよう
な問題点が存在する。（１）このステージ装置１４０は、ガイドに沿って動く
１つの軸（ベースガイド１４２及びコイルボビン１４
３）が在り、その軸上にもう１つの軸（可動ガイド１４
４及びコイルボビン１４５）を積み重ねた構造になって
いる。つまり、一方の可動軸の上部に他方の可動軸を積
み重ねるいわゆる積み重ね構造であり、下側の可動軸が
大型になってしまう。（２）空気軸受から噴出した空気を回収する手段がない
ため真空中では使用できない。（３）リニアモータに永久磁石を用いているため、ステ
ージ駆動時に磁場変動が発生し、荷電粒子線露光装置等
に用いることができない。（４）リニアモータは駆動力が比較的小さいので、大き
な駆動力を得ようとすると、サイズが大きくなる。さら
に、サイズが大きくなることにより、コイルの発熱量が
多くなり、その近傍の装置に悪影響を及ぼす。また、レ
ーザ干渉計の反射面等が熱膨張したり、反射面付近の空
気が揺らぐことにより、ステージ位置の計測誤差が生じ
る。

【０００７】ＷＯ９９／６６２２１には、移動体側にエ
アベアリングのパッドを設けた一軸の真空エアステージ
装置が開示されている。図９は、ＷＯ９９／６６２２１
に開示されたステージ装置を示す断面図である。図１０
は、同ステージ装置のエアベアリングの構成を示す分解
斜視図である。このステージ装置１５０は定盤等の設置
面Ｇ上に搭載されている。ステージ装置１５０の左右に
は、固定部材１５５を介して、コの字型をした２つの可
動軸固定部１５２が対向するように設置されている。２
つの可動軸固定部１５２には、可動軸１５３がある隙間
を持って嵌合されている。詳しくは後述するように、可
動軸固定部１５２と可動軸１５３とはエアベアリングを
構成している。可動軸１５３の上部には、ステージ１６
１が設けられており、ウェハ１６３等が載置される。

【０００８】可動軸１５３の下部には、下向きに凸型を
した可動子１５６が設けられている。一方、設置面Ｇ上
のステージ装置１５０の中央部には、断面が凹型をした
固定子１５７が配置されている。可動子１５６と固定子
１５７とは、ある隙間を持って嵌合されており、リニア
モータを形成している。可動子１５３は、図９の紙面の
垂直方向（Ｙ方向）に移動可能である。

【０００９】ここで、エアベアリングの構成について図
１０を参照しつつ説明する。図１０には、図９のステー
ジ装置のエアベアリングの一部が示されている。エアベ
アリングは、ステージ装置に固定されている固定部１５
２と、その間を摺動する可動部１５３からなる。固定部
１５２は、さらに、固定部上面１５２ａ、固定部側面１
５２ｂ、固定部下面１５２ｃとに分割されている。図１
０においては、固定部１５２ａと１５２ｂは、破線で示
した部分から開いた形で示してある。

【００１０】可動部１５３の上面と側面には、多孔性の
部材からなるエアパッド１５３ａが、それぞれ２つずつ
設けられている。エアパッド１５３ａには、チューブ１
５３ｂを介して気体供給源１５８から気体が供給され
る。２つのエアパッド１５３ａの周りには、ガードリン
グ１５３ｃが形成されている。固定部上面１５２ａと固
定部側面１５２ｂには、ガードリング１５３ｃに対向す
る位置に排気口１５４ａが設けられている。排気口１５
４ａには、金属製の配管１５４ｂを介してロータリー排
気ポンプ１５９が接続されている。同ポンプ１５９によ
り、エアパッド１５３ａから噴出した気体を排気する。

【００１１】可動部１５３は、図中に示すＹ方向に移動
する。このときのガードリング１５３ｃの移動範囲の両
端の位置が固定部側面１５２ｂに破線で示されている。
図から分るように、ガードリング１５３ｃの移動範囲の
両端の位置は常に排気口１５４ａと交わりながら動くの
で、エアパッド１５３ａから噴出した気体は外部にほと
んど洩れることなく排気される。

【００１２】このＷＯ９９／６６２２１に開示されてい
るステージ装置は、真空中で使用することができる。し
かし、同装置は一軸ステージであって、２軸ステージ装
置に適用するには、この一軸ステージ装置を二段に積み
重ねる必要があり、装置が大型になってしまう。また、
エアパッド１５３ａは、可動部１５３の上面と側面にそ
れぞれ２つずつ設けられている。そのため、２軸ステー
ジ装置に適用するとエアパッドの数が多くなり、真空中
へのリークが相当な量となる。さらに、可動部１５３に
は、エアパッド１５３ａに気体を供給するためのチュー
ブ１５３ｂが接続されている。そのため、チューブ１５
３ｂの張力が可動部１５３の制御性に悪影響を及ぼす可
能性がある。

【００１３】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、真空中でも使用でき、装置を小型にで
き、制御性を向上できるステージ装置を提供することを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明のステージ装置は、ガイド部材と、該ガ
イド部材に対して非接触気体軸受を介してガイドされる
スライダと、該スライダの駆動機構と、該スライダ
に搭載されたステージと、を具備するステージ装置で
あって、前記駆動機構として、リニアモータと、
加減速時の駆動力をアシストする、前記非接触気体軸受
に併設された気体シリンダと、を具備することを特徴
とする。

【００１５】加減速時には気体シリンダの大きな駆動力
を利用して高加減速特性を得ることができる。一方、露
光時等の精密な位置決めが必要なときにはリニアモータ
により精密な位置・速度・加速度コントロールを行うこ
とができる。また、加減速時に気体シリンダの大きな駆
動力を利用できるので、リニアモータを大きくする必要
がなくなり、装置を小型に保ちながら高速化できる。な
お、リニアモータには、電磁式、静電式、電歪式（超音
波式を含む）及び磁歪式等のものを用いることができ
る。

【００１６】本発明のステージ装置は、ステージをあ
る平面（ＸＹ平面）内で駆動・位置決めするステージ装
置であって、ある方向（Ｙ軸方向）に延びる複数本の
ガイド部材（Ｙ軸ガイド部材）と、該Ｙ軸ガイド部材
の各々に対して非接触気体軸受を介してガイドされる複
数のスライダ（Ｙ軸スライダ）と、該複数のＹ軸スラ
イダの相互間に掛け渡された、他の方向（Ｘ軸方向）に
延びる移動ガイド（Ｘ軸移動ガイド）と、該Ｘ軸移動
ガイドに対して非接触気体軸受を介してガイドされるス
ライダ（Ｘ軸スライダ）と、該Ｘ軸スライダに搭載さ
れたステージと、前記各スライダの駆動機構と、を
具備するステージ装置であって、前記駆動機構とし
て、リニアモータと、加減速時の駆動力をアシスト
する、前記非接触気体軸受に併設された気体シリンダ
と、を具備することを特徴とする。

【００１７】これにより、大きな加減速力と細かな位置
制御の行える小型・軽量の２軸ステージ装置を提供でき
る。

【００１８】上記ステージ装置においては、前記スラ
イダの両端近傍に前記気体軸受及び気体シリンダのエア
の排気を行う排気溝（ガードリング）が形成されている
ことが好ましい。気体軸受及び気体シリンダのエアの排
気を１つの機構で処理することができるので、装置を簡
単にできる。また、エアのリークがほとんどないので、
真空中で使用することもできる。

【００１９】上記ステージ装置においては、前記気体
シリンダと前記リニアモータの内の一方が前記スライダ
の中心部に配置されており、他方が前記スライダを挟
むように対向して配置されていることが好ましい。これ
により、駆動力の合点がシリンダの重心位置とほぼ一致
しているので、シリンダの重心部に駆動力を与えること
ができ、高精度・高速に位置制御ができる。

【００２０】上記ステージ装置においては、前記ガイ
ド部材又は移動ガイドが、ダンパーを介して定盤等に固
定されていることが好ましい。これにより、スライダの
移動によるステージ装置のＸＹ方向の反動を吸収でき
る。

【００２１】上記ステージ装置においては、前記リニ
アモータを構成するマグネットがコの字型をしており、
その開放端が外側を向いていることが好ましい。電子線
露光装置に用いた場合に、マグネットからの漏れ磁場が
光軸付近（電子線が通過する部分）に到達しにくくなる
ので、より精度の高い露光が期待できる。

【００２２】本発明の露光装置は、感応基板上にパタ
ーンを転写する露光装置であって、上記いずれかの態様
のステージ装置を備えることを特徴とする。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。まず、図７を参照しつつ本発明の実施の形態に係る
ステージ装置を搭載できる荷電粒子ビーム（電子線）露
光装置について説明する。図７には、電子線露光装置１
００が模式的に示されている。電子線露光装置１００の
上部には、光学鏡筒１０１が示されている。光学鏡筒１
０１の図の右側には、真空ポンプ１０２が設置されてお
り、光学鏡筒１０１内を真空に保っている。

【００２４】光学鏡筒１０１の上部には、電子銃１０３
が配置されており、下方に向けて電子線を放射する。電
子銃１０３の下方には、順にコンデンサレンズ１０４、
電子線偏向器１０５、マスクＭが配置されている。電子
銃１０３から放射された電子線は、コンデンサレンズ１
０４によって収束される。続いて、偏向器１０５により
図の横方向に順次走査され、光学系の視野内にあるマス
クＭの各小領域（サブフィールド）の照明が行われる。

【００２５】マスクＭは、マスクステージ１１１の上部
に設けられたチャック１１０に静電吸着等により固定さ
れている。マスクステージ１１１は、定盤１１６に載置
されている。

【００２６】マスクステージ１１１には、図の左方に示
す駆動装置１１２が接続されている。駆動装置１１２
は、ドライバ１１４を介して、制御装置１１５に接続さ
れている。また、マスクステージ１１１の図の右方には
レーザ干渉計１１３が設置されている。レーザ干渉計１
１３は、制御装置１１５に接続されている。レーザ干渉
計１１３で計測されたマスクステージ１１１の正確な位
置情報が制御装置１１５に入力される。それに基づき、
制御装置１１５からドライバ１１４に指令が送出され、
駆動装置１１２が駆動される。このようにして、マスク
ステージ１１１の位置をリアルタイムで正確にフィード
バック制御することができる。

【００２７】定盤１１６の下方には、ウェハチャンバ１
２１が示されている。ウェハチャンバ１２１の図の右側
には、真空ポンプ１２２が設置されており、ウェハチャ
ンバ１２１内を真空に保っている。ウェハチャンバ１２
１内には、上方からコンデンサレンズ１２４、偏向器１
２５、ウェハWが配置されている。

【００２８】マスクＭを通過した電子線は、コンデンサ
レンズ１２４により収束される。コンデンサレンズ１２
４を通過した電子線は、偏向器１２５により偏向され、
ウェハW上の所定の位置にマスクＭの像が結像される。

【００２９】ウェハWは、ウェハステージ１３１の上部
に設けられたチャック１３０に静電吸着等により固定さ
れている。ウェハステージ１３１は、定盤１３６に載置
されている。ウェハステージ１３１には、図の左方に示
したように駆動装置１３２が接続されている。駆動装置
１３２は、ドライバ１３４を介して、制御装置１１５に
接続されている。また、ウェハステージ１３１の図の右
方にはレーザ干渉計１３３が設置されている。レーザ干
渉計１３３は、制御装置１１５に接続されている。レー
ザ干渉計１３３で計測されたウェハステージ１３１の正
確な位置情報が制御装置１１５に入力される。それに基
づき、制御装置１１５からドライバ１３４に指令が送出
され、駆動装置１３２が駆動される。このようにして、
ウェハステージ１３１の位置をリアルタイムで正確にフ
ィードバック制御することができる。

【００３０】次に、本発明の実施の形態に係るステージ
装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態に
係るステージ装置の全体構成を示す図である。図１
（Ａ）は同ステージ装置の平面図であり、図１（Ｂ）は
同ステージ装置の側面図である。図１（Ａ）には、定盤
等に設置されたステージ装置１が示されている。このス
テージ装置１は、図７におけるマスクステージ１１１に
あたる。ステージ装置１の４隅には、ガイド固定部３、
４、５、６が配置されている。ガイド固定部３、４、
５、６は、後述するガイド部材１３、１４側に開口部を
持つボックス型をしている。ガイド固定部３、４、５、
６の下部には、コロ１１が設けられており、定盤等の上
部においてＸＹ方向に移動可能となっている。ガイド固
定部３、５の図１の上方には、ダンパー７が１つずつ設
けられており、外壁に接続されている。ダンパー７は、
バネ−ダッシュポット系等の衝撃吸収装置であり、駆動
装置の反動を吸収する。この２つのダンパーにより、ス
テージ装置１のＹ方向の反動を吸収できる。

【００３１】ガイド固定部３、４の図１（Ａ）の左方に
は、ある厚さを有する平板状のプレート９が配置されて
いる。プレート９の図１（Ａ）の左側面の端部には、ダ
ンパー７が１つずつ設けられており、外壁に接続されて
いる。

【００３２】ガイド固定部３、４の図１（Ａ）の左側面
には、コロ１１が１つずつ設けられており、プレート９
の側面上をＹ方向に移動可能となっている。プレート９
に設けられたダンパー７により、ガイド固定部３、４の
Ｘ方向の衝撃を吸収できる。

【００３３】ガイド固定部３と４の間、並びに、ガイド
固定部５と６の間には、ガイド部材１３、１４が設けら
れている。ガイド部材１３、１４は、図１（Ｂ）に示す
ように、中央部のシリンダガイド１７と、その上下（図
１（Ｂ）の左右）に配置されたマグネット１９、２０と
からなる。図１（Ｂ）に部分断面で示したように、シリ
ンダガイド１７の両端は、軸受１８を介して、ガイド部
材１３、１４に固定されている。ガイド部材１３、１４
のシリンダガイド１７との接触面の上下（図１（Ｂ）の
左右）には、エアパッド５１が１つずつ付設されてい
る。エアパッド５１の周囲には、図示せぬ溝（ガードリ
ング）が設けられている。このエアパッド５１は、シリ
ンダガイド１７を上下から挟み、各ガイド固定部の中央
に係止させるためのものである。マグネット１９、２０
は、Ｙ方向に長く、平たいコの字型をしており、その開
口側がステージ装置の外側に向けて配置されている。

【００３４】ガイド部材１３、１４には、気体軸受を介
して、スライダ２３、２４が嵌合されている。スライダ
２３、２４には、詳しくは後述するが、気体シリンダと
リニアモータが設けられており、Ｙ軸上を駆動する。

【００３５】スライダ２３と２４の間には、移動ガイド
２５が設けられている。移動ガイド２５は、ガイド部材
１３、１４と同じように、中央部のシリンダガイド１
７′と、その上下に配置されたマグネット１９′、２
０′とからなる。マグネット１９′、２０′の開口側が
図１（Ａ）の上方に向けて配置されている。

【００３６】移動ガイド２５には、気体軸受を介して、
スライダ２７が嵌合されている。スライダ２７には、詳
しくは後述するが、気体シリンダとリニアモータが設け
られており、Ｘ軸上を駆動する。スライダ２７の図１
（Ａ）の下方には、ある厚さを有する平板状をした試料
台（ステージ）２９が突設されている。試料台２９に
は、２つのマスクを載せられるように２つの円形の孔３
０ａ、３０ｂが形成されている。試料台の前面２９ａと
側面２９ｂは、高精度に研磨されており、図７に示した
レーザ干渉計１１３の検出光の反射面として利用され
る。なお、この実施の形態においては、試料台がスライ
ダ２７の側方に１つだけ配置されているが、スライダ２
７の両側方に１つずつ配置したりすることもできる。ま
た、本発明のステージ装置は、マスクステージについて
説明するが、この他にも例えばウェハステージ等に利用
することもできる。

【００３７】この実施の形態においては、上述のよう
に、スライダ２４、２３及びスライダ２７のリニアモー
タの駆動により、ステージ装置１の精密なＸＹ駆動を行
う。また、スライダ２４、２３及びスライダ２７の気体
シリンダの駆動により、ステージ装置１のＸＹ駆動の加
減速時のアシストを行う。

【００３８】図２を参照しつつ、この実施の形態に係る
ステージ装置の気体シリンダ及びリニアモータの構成に
ついて説明する。図２は、ステージ装置の気体シリンダ
及びリニアモータの構成を示す図である。図２（Ａ）は
図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図であり、図２（Ｂ）は図２
（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）に
は、ガイド部材１４及びスライダ２４の構成が示されて
いる。ガイド部材１４の中央部にあるシリンダガイド１
７は、Ｘ方向に平たい長方形の断面形状をしている。そ
の内部には、気体シリンダ及びエアパッドへのエアの供
給・回収・排気を行う通路４１ｃ、４１ｄ、４１ｅが設
けられている。この図においては、３つの長方形の断面
をした通路４１ｃ、４１ｄ、４１ｅが示されているが、
実際には、通路はさらに多くの領域に分けられており、
複雑な断面形状をしている。シリンダガイド１７の図２
（Ａ）の中央部の上下には、ある厚さを有するＸ方向に
長い断面形状をしたしきり板４１ａ、４１ｂが１つずつ
設けられている。

【００３９】スライダ２４の図２（Ｂ）の右側には、あ
る厚さを有する平板状のスライダプレート３１が設けら
れている。スライダプレート３１の左面の上下には、Ｔ
字型をしたＹ方向に長いコイルジョイント３３、３４が
左方に向けて突設されている。コイルジョイント３３、
３４の先には、長方形の平板状をしたモータコイル３
５、３６が設けられている。モータコイル３５、３６
が、マグネット１９、２０のコの字の中に嵌め込まれて
おり、Ｙ方向駆動用のリニアモータを形成する。このリ
ニアモータの駆動力の合点は、スライダ２４の重心位置
と一致しているので、重心部に駆動力を与えることがで
き、高精度・高速に位置制御ができる。なお、図には示
さないが、スライダ２４には、モータコイル３５、３６
を制御する電気配線及び冷却媒体を循環させる配管等が
取り付けられている。

【００４０】スライダプレート３１の左面の中央には、
Ｙ方向に長い四角い筒型をしたシリンダ部３９が設けら
れている。シリンダ部３９の上下面の中央部は、それぞ
れ気体シリンダの気体室が形成されている。上下にある
２つの気体室は、しきり板４１ａ、４１ｂにより、２つ
の気体室４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂに分割されて
いる。これらの気体室としきり板とで気体シリンダを構
成する。隣り合う気体室の圧力に差をつけることによ
り、スライダ２４をＹ方向に駆動する。例えば、気体室
４３ａ、４４ａの圧力を気体室４３ｂ、４４ｂよりも高
くすることにより、気体室の壁にかかる圧力の差が生じ
る。比較的高い圧力のかかった気体室４３ａ、４４ａの
図の左方（Ｙ軸の負方向）の壁が押され、スライダ２４
がシリンダガイド１７上を相対的に図２（Ａ）の左方向
に移動する。

【００４１】気体室４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂの
側方には、詳しくは後述するが、エアパッド５１及びガ
ードリング５３が１組ずつ設けられている。このエアパ
ッド５１は、シリンダガイド１７を上下から挟み、各ス
ライダとシリンダガイド１７とのＺ方向の距離を一定に
保つためのものである。

【００４２】図２においては、ガイド部材１４及びスラ
イダ２４について説明したが、スライダ２３、２７も同
様の構成をしている。

【００４３】図３を参照しつつ、この実施の形態に係る
ステージ装置の気体シリンダ及び気体軸受の構成につい
て説明する。図３は、図２（Ａ）のＣ−Ｃ断面を示す平
面断面図である。図３には、ステージ装置１の気体シリ
ンダ及び気体軸受の構成が示されている。スライダ２
３、２４の両端近傍の気体室４４ａ、４４ｂの側方に
は、Ｘ方向に長い長方形をしたエアパッド５１が１つず
つ付設されている。エアパッド５１は、シリンダガイド
１７との摺動面の上下及び両側面に付設されている。し
たがって、スライダ２３、２４には、それぞれ８個のエ
アパッド５１が付設されている。各エアパッド５１の図
３の左右には、Ｙ方向に長い長方形の形状をした溝（ガ
ードリング）５３が設けられている。各エアパッド５１
のスライダ２３、２４の端面に近い側には、Ｘ方向に長
い長方形の形状をしたガードリング５３が設けられてい
る。これらのガードリング５３により、エアパッド５３
及び気体室４４ａ、４４ｂのエアの排気を行う。

【００４４】スライダ２７の両端近傍の気体室４４ａ、
４４ｂの側方には、各々Ｙ方向に長い長方形をした２つ
のエアパッド５１′が付設されている。エアパッド５
１′は、シリンダガイド１７との摺動面の上下及び両側
面に付設されている。ただし、側方には、各１つずつの
エアパッド５１′が付設されている。したがって、スラ
イダ２７には、１２個のエアパッド５１′が付設されて
いる。各エアパッド５１′の周囲には、スライダ２３、
２４と同じように、ガードリング５３が設けられてい
る。エアパッド５１′をスライダ２７の両端の上下面に
２つずつ配置することにより、スライダ２７のＸ軸周り
の回転を防止することができる。

【００４５】図４を参照しつつ、本発明の実施の形態に
係るステージ装置のハイブリッド制御方法について説明
する。図４は、本発明の実施の形態に係るステージ装置
の速度制御のブロック線図である。図４には、ステージ
装置のリニアモータの駆動系６１、気体シリンダの駆動
系６３、ステージ装置のメカ系６５が示されている。

【００４６】リニアモータの駆動系６１には、順にＰＩ
Ｄコントローラ６１ａ、リニアモータアンプの一次遅れ
要素６１ｂ、比例要素Ｋｆが示されている。リニアモー
タの駆動系６１は、ステージ装置を露光装置に使用する
場合には、主に、露光時のスキャン速度制御時及びステ
ップ位置決め制御時に用いる。これらの制御には、ステ
ージの移動量は少ないが細かな制御が要求される。その
ため、ＰＩＤコントローラ６１ａの比例要素Ｐの要素を
比較的小さく、補償の強い積分・微分要素ＩＤの要素を
比較的大きく設定する。リニアモータアンプの一次遅れ
要素６１ｂには、比例要素Ｋ１を介して、フィードバッ
ク回路が形成されている。これにより、より正確な位置
制御が実現できる。

【００４７】気体シリンダの駆動系６３には、順にＰＩ
Ｄコントローラ６３ａ、気体シリンダのバルブアンプの
一次遅れ要素６３ｂ、バルブ開閉の一次遅れ要素及び圧
力伝播の一次遅れ要素のカスケード結合要素６３ｃが示
されている。気体シリンダの駆動系６３は、ステージ装
置を露光装置に使用する場合には、主に、ステージの加
減速時に用いる。加減速時には、目標速度と実際の速度
との偏差が大きいので、細かな制御よりも大きな偏差を
短い時間で無くすことが要求される。そのため、ＰＩＤ
コントローラ６３ａの比例要素Ｐの要素を比較的大き
く、積分・微分要素ＩＤの要素を比較的小さく設定す
る。気体シリンダのバルブアンプの一次遅れ要素６３ｂ
には、比例要素Ｋ２を介して、フィードバック回路が形
成されている。これにより、より正確な位置制御が実現
できる。

【００４８】ステージ装置のメカ系６５には、順に慣性
系６５ａ、加速度積分系６５ｂ、速度積分系６５ｃが示
されている。

【００４９】図４のブロック線図の左方には、制御用の
コンピュータ等から出力された目標速度値Ｖ_comが示さ
れている。目標速度値Ｖ_comは、ブロック線図に入力さ
れると、加え合わせ点６７aを通過し、リニアモータの
駆動系６１と気体シリンダの駆動系６３の双方に伝送さ
れる。リニアモータの駆動系６１及び気体シリンダの駆
動系６３からは、上述の要素を介して、各々制御データ
Ｆｍ、Ｆｃが出力される。制御データＦｍ、Ｆｃは、加
え合わせ点６７ｂで足し合わされてステージ装置のメカ
系６５に入力される。なお、加え合わせ点６７ｂには、
配線抵抗、振動、ステージ反力等の外乱が加えられる。
メカ系６５の加速度積分系６５ｂから出力された速度値
Ｖ_actは、加え合わせ点６７aに入力され、フィードバ
ック回路が形成されている。

【００５０】この実施の形態においては、上述のよう
に、リニアモータの駆動系６１と気体シリンダの駆動系
６３をそれぞれ独立に制御し、フィードバックを行うこ
とにより、ハイブリッド制御を実現する。本発明のステ
ージ装置の駆動方法はこれに限定されるのもではなく、
様々な制御方法を用いてハイブリッド制御を実現でき
る。

【００５１】図５を参照しつつ、本発明の実施の形態に
係るステージ装置のハイブリッド制御方法について具体
的に説明する。図５は、本発明の実施の形態に係るステ
ージ装置の制御方法を示す図である。図５（Ａ）はステ
ージ装置の速度及び加速度を示す図であり、図５（Ｂ）
は気体シリンダとリニアモータの駆動力を示す図であ
り、図５（Ｃ）は気体シリンダとリニアモータのゲイン
テーブルを示す図である。図５においては、０〜ｔ１の
間はステージの加速時であり、ｔ１〜ｔ２の間は露光時
のスキャン速度制御時及びステップ位置決め制御時であ
り、ｔ２〜ｔ３の間はステージの減速時である。０〜ｔ
１及びｔ２〜ｔ３の間はハイブリッド制御を行い、ｔ１
〜ｔ２の間はリニアモータのみの駆動を行う。

【００５２】図５（Ａ）には、ステージ装置の速度Ｖ
（velocity）及び加速度α（accel/decel）が示されて
いる。０〜ｔ１又はｔ２〜ｔ３のステージ装置の加減速
時には、加速度は山形に変化し、速度は曲線を描いて目
標速度Ｖ_com又は０に達する。ｔ１〜ｔ２のスキャン速
度制御時及びステップ位置決め制御時には、加速度は０
で、速度は一定に制御される。

【００５３】図５（Ｂ）には、気体シリンダＡＣとリニ
アモータＬＭの駆動力が示されている。０〜ｔ１又はｔ
２〜ｔ３のステージ装置の加減速時には、気体シリンダ
ＡＣの駆動力は、リニアモータＬＭの駆動力よりも大き
く（小さく）、加減速をアシストしている。ｔ１〜ｔ２
のスキャン速度制御時及びステップ位置決め制御時に
は、気体シリンダＡＣの駆動力は０で、リニアモータＬ
Ｍの駆動力が一定に制御され、ステージを駆動する。

【００５４】図５（Ｃ）には、気体シリンダＡＣとリニ
アモータＬＭのゲインテーブルが示されている。０〜ｔ
１又はｔ２〜ｔ３のステージ装置の加減速時には、気体
シリンダＡＣとリニアモータＬＭのゲインは大きく設定
されている。ｔ１〜ｔ２のスキャン速度制御時及びステ
ップ位置決め制御時には、気体シリンダＡＣのゲインは
０に設定されている。これは、図４に示したブロック線
図の気体シリンダの駆動系６３の出力Ｆｃを電気的に０
とすること等により実現できる。一方、リニアモータＬ
Ｍのゲインは、加減速時と変わらず、大きく設定されて
いる。

【００５５】図６を参照しつつ、気体シリンダの制御方
法について説明する。図６は、本発明の他の実施の形態
に係るステージ装置の気体シリンダの制御方法を示す図
である。図５（Ｃ）においては、気体シリンダの駆動系
６３の出力Ｆｃを電気的に０とすることにより、気体シ
リンダＡＣのゲインを０に設定したが、この実施の形態
は、気体シリンダの圧空を短絡させることにより、気体
シリンダの出力を０とする例である。

【００５６】図６の上方には、一例として、図３等に示
したシリンダ部３９とシリンダガイド１７等で構成され
る気体シリンダ７０が示されている。気体シリンダ７０
には、２つの気体室４４ａ、４４ｂが設けられている。
気体室４４ａ、４４ｂには、シリンダガイド１７内等に
設けられた気体通路７１ａ、７１ｂが接続されている。
気体通路７１ａ、７１ｂの先には、それぞれ制御バルブ
（valve）７３ａ、７３ｂが接続されている。制御バル
ブ７３ａ、７３ｂは、バルブ制御系７５に接続され、図
５に示したように開閉制御される。気体室４４ａ、４４
ｂと制御バルブ７３ａ、７３ｂの間の気体通路７１ａ、
７１ｂには、短絡バルブ（valve）７７が両者を掛け渡
すように接続されている。制御バルブ７３ａ、７３ｂの
先には、気体供給源７９等が設けられており、気体室４
４ａ、４４ｂに気体が供給される。

【００５７】図５に示した０〜ｔ１又はｔ２〜ｔ３のス
テージ装置の加減速時には、短絡バルブ７７を閉じてお
く。そして、気体室４４ａ、４４ｂの圧空を制御バルブ
７３ａ、７３ｂで制御し、気体シリンダを駆動する。一
方、ｔ１〜ｔ２のスキャン速度制御時及びステップ位置
決め制御時には、制御バルブ７３ａ、７３ｂを閉じ、短
絡バルブ７７を開放する。こうすることにより、気体室
４４ａ、４４ｂの気体の圧力が等しくなるので、気体シ
リンダの出力が０となる。

【００５８】以上図１〜図１０を参照しつつ、本発明の
実施の形態に係るステージ装置について説明したが、本
発明はこれに限定されるものではなく、様々な変更を加
えることができる。

【００５９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、真空中でも使用でき、装置を小型・軽量にで
き、制御性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るステージ装置の全体
構成を示す図である。図１（Ａ）は同ステージ装置の平
面図であり、図１（Ｂ）は同ステージ装置の側面図であ
る。

【図２】ステージ装置の気体シリンダ及びリニアモータ
の構成を示す図である。図２（Ａ）は図１（Ａ）のＡ−
Ａ断面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面
図である。

【図３】図２（Ａ）のＣ−Ｃ断面を示す平面断面図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態に係るステージ装置の速度
制御のブロック線図である。

【図５】本発明の実施の形態に係るステージ装置の制御
方法を示す図である。図５（Ａ）はステージ装置の速度
及び加速度を示す図であり、図５（Ｂ）は気体シリンダ
とリニアモータの駆動力を示す図であり、図５（Ｃ）は
気体シリンダとリニアモータのゲインテーブルを示す図
である。

【図６】本発明の他の実施の形態に係るステージ装置の
気体シリンダの制御方法を示す図である。

【図７】本発明の実施の形態に係るステージ装置を搭載
できる荷電粒子ビーム（電子線）露光装置を示す図であ
る。

【図８】特開昭６２−１８２６９２に開示されたステー
ジ装置１４０を示す斜視図である。

【図９】ＷＯ９９／６６２２１に開示されたステージ装
置を示す断面図である。

【図１０】同ステージ装置のエアベアリングの構成を示
す分解斜視図である。

【符号の説明】

１ステージ装置３、４、５、６
ガイド固定部７ダンパー９プレート１１コロ１３、１４ガ
イド部材１７シリンダガイド１９、２０マ
グネット２３、２４スライダ２５移動ガイ
ド２７スライダ３５、３６モ
ータコイル３９シリンダ部５１エアパッ
ド５３ガードリング

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｇ０３Ｆ 7/20 ５２１Ｇ１２Ｂ 5/00 ＴＧ１２Ｂ 5/00 Ｈ０１Ｌ 21/68 ＫＨ０１Ｌ 21/68 21/30 ５４１Ｌ (72)発明者鳴嶋弘明東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内 (72)発明者柿崎幸雄東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内Ｆターム(参考） 2F078 CA02 CA08 CB05 CB12 CB16 CC11 3J102 AA02 BA06 BA11 CA11 CA19 CA27 CA36 EA02 EA07 EA23 EB16 GA19 5F031 CA02 HA16 HA53 HA55 JA02 JA06 JA27 JA32 KA06 KA11 LA03 LA08 LA15 MA27 NA05 5F056 CB21 EA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガイド部材と、該ガイド部材に対して非接触気体軸受を介してガイドさ
れるスライダと、該スライダの駆動機構と、該スライダに搭載されたステージと、を具備するステージ装置であって、前記駆動機構として、リニアモータと、加減速時の駆動力をアシストする、前記非接触気体軸受
に併設された気体シリンダと、を具備することを特徴とするステージ装置。
【請求項２】ステージをある平面（ＸＹ平面）内で駆
動・位置決めするステージ装置であって、ある方向（Ｙ軸方向）に延びる複数本のガイド部材（Ｙ
軸ガイド部材）と、該Ｙ軸ガイド部材の各々に対して非接触気体軸受を介し
てガイドされる複数のスライダ（Ｙ軸スライダ）と、該複数のＹ軸スライダの相互間に掛け渡された、他の方
向（Ｘ軸方向）に延びる移動ガイド（Ｘ軸移動ガイド）
と、該Ｘ軸移動ガイドに対して非接触気体軸受を介してガイ
ドされるスライダ（Ｘ軸スライダ）と、該Ｘ軸スライダに搭載されたステージと、前記各スライダの駆動機構と、を具備するステージ装置であって、前記駆動機構として、リニアモータと、加減速時の駆動力をアシストする、前記非接触気体軸受
に併設された気体シリンダと、を具備することを特徴とするステージ装置。
【請求項３】前記スライダの両端近傍に前記気体軸受
及び気体シリンダのエアの排気を行う排気溝（ガードリ
ング）が形成されていることを特徴とする請求項１又は
２記載のステージ装置。
【請求項４】前記気体シリンダと前記リニアモータの
内の一方が前記スライダの中心部に配置されており、他
方が前記スライダを挟むように対向して配置されている
ことを特徴とする請求項１又は２記載のステージ装置。
【請求項５】前記ガイド部材又は移動ガイドが、ダン
パーを介して定盤等に固定されていることを特徴とする
請求項１又は２記載のステージ装置。
【請求項６】前記リニアモータを構成するマグネット
がコの字型をしており、その開放端が外側を向いている
ことを特徴とする請求項１又は２記載のステージ装置。
【請求項７】感応基板上にパターンを転写する露光装
置であって、請求項１〜６いずれか１項記載のステージ
装置を備えることを特徴とする露光装置。