JP2002082445A

JP2002082445A - ステージ装置及び露光装置

Info

Publication number: JP2002082445A
Application number: JP2000243940A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Tanaka; 慶一田中
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2002-03-22

Abstract

(57)【要約】【課題】真空中でも使用でき、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の下部には、サブステー
ジ２が配置されている。サブステージ２の上部には、メ
インステージ３が配置されている。メインステージ３
は、ウェハテーブル３２を載置する移動ステージ３１
と、ステージ３１を中心として対称な方向に延びるアー
ム４１と、Ｙ字型をしたガイドバー５１を備える。ガイ
ドバー５１の３箇所の端部には、上下面にエアパッド５
３が形成されており、ガイド平面内を運動可能となって
いる。アーム４１の両端には、二次元リニアモータ可動
子４５が設けられており、ガイド平面の２方向（Ｘ方
向、Ｙ方向）及びガイド平面に直交する軸の周り（θ方
向）に運動可能である。サブステージ２は、メインステ
ージ３に寄り添って移動し位置決めされるとともに、メ
インステージ３と外部との流体の流出入を仲介するもの
である。

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
光装置等の精密装置に用いられる精密移動・位置決め用
ステージ装置に関する。特には、真空中でも使用でき、
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１２は、特開昭６２−１
８２６９２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
１４３）が在り、その軸上にもう１つの軸（可動ガイド
１４４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という問題点がある。また、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。

【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１３は、ＷＯ９９／６６２２
１に開示されたステージ装置を示す断面図である。図１
４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１
６１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１３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
１４を参照しつつ説明する。図１４には、図１３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１
５２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
１５２ｂ、固定部下面１５２ｃとに分割されている。図
１４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】特開平９−３４１３５には、空気軸受とバ
キュームパッドを利用してテーブルにＺ方向の与圧を与
えるタイプのステージ装置が開示されている。図１５
は、特開平９−３４１３５に開示されたステージ装置を
示す斜視図である。図１６は、同ステージ装置の平面図
である。このステージ装置１７０の下部には、定盤１７
１が示されている。定盤１７１上の各辺の端部には、Ｙ
方向に延びる第１案内ガイド１７３ａ、１７３ｂ及びＸ
方向に延びる第２案内ガイド１７４ａ、１７４ｂが設置
されている。第１案内ガイド１７３ａ、１７３ｂの下部
には、それぞれ固定子（永久磁石）１７６ａ、１７６ｂ
が配置されている。第２案内ガイド１７４ａ、１７４ｂ
の上部には、それぞれ固定子（永久磁石）１７７ａ、１
７７ｂが配置されている。

【００１４】第１案内ガイド１７３ａ、１７３ｂの間に
は、Ｙ軸方向に移動するＹ案内ビーム１７９が配置され
ている。Ｙ案内ビーム１７９の両端部にはリニアモータ
コイル（図示せず）が設けられており、同コイルと固定
子１７６ａ、１７６ｂとでリニアモータを構成してい
る。第２案内ガイド１７４ａ、１７４ｂの間には、Ｘ軸
方向に移動するＸ案内ビーム１７８が配置されている。
Ｘ案内ビーム１７８の両端部にはリニアモータコイル
（図示せず）が設けられており、同コイルと固定子１７
７ａ、１７７ｂとでリニアモータを構成している。案内
ビーム１７８、１７９上には、ステージ１８１が載置さ
れている。ステージ１８１には、ウェハ等を吸着固定す
る静電チャック等が設けられている。

【００１５】図１６に示すように、Ｘ案内ビーム１７８
の下には、空気軸受１８３ａ、１８３ｂ、１８３ｃ、１
８３ｄが設けられている。これらの空気軸受の作用によ
り、Ｘ案内ビーム１７８は、定盤１７１の面に接触しな
いように案内され、低摩擦でＸ方向に摺動する。Ｙ案内
ビーム１７９の下にも、空気軸受１８４ａ、１８４ｂ、
１８４ｃ、１８４ｄが設けられている。また、定盤１７
１の中央には、空気軸受１８４ｅが設けられており、Ｙ
案内ビーム１７９の中央部の荷重を定盤１７１で支える
ので、Ｙ案内ビーム１７９の剛性を低くすることができ
る。ステージ１８１の下にも、３つの空気軸受１８５
ａ、１８５ｂ、１８５ｃが設けられている。これらの軸
受の作用により、ステージ１８１にかかる荷重がダイレ
クトに定盤１７１で支えられるのでステージの剛性が高
くなっている。

【００１６】このステージ装置は、定盤に設けられたバ
キュームパッドと空気軸受を利用して移動テーブルにＺ
方向の与圧を与えたものである。この装置では、移動テ
ーブル等の重量を定盤で受けることができるとともに与
圧のメカニズムもシンプルであるので、特開昭６２−１
８２６９２等に開示されたステージ装置に比べて装置の
軽量化が可能である。しかし、このステージ装置は、真
空中ではバキュームによる与圧がかけられない。バキュ
ームの替りに磁石吸引力による与圧をかけることも考え
られるが、磁場変動を嫌う荷電粒子線露光装置には使用
しにくい。

【００１７】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、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。

【００１８】

【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、ステージをある平面内
で移動・位置決めするステージ装置であって、前記ス
テージに連結された、該ステージを中心として対称な方
向に延びるアームと、該アームの各々の端部におけ
る、前記ステージを中心とする対称な位置に配置され
た、複数のリニアモータ可動子と、を含むことを特徴
とする。ステージ駆動用のリニアモータ可動子がステー
ジを中心とする対称な位置に配置されているので、ステ
ージの動きがスムーズである。ステージから離れたアー
ムの端部にリニアモータ可動子が配置されているので、
該可動子の移動に伴う磁場変動がステージ上に及びにく
い。

【００１９】本発明のステージ装置は、ステージをあ
る平面内で移動・位置決めするステージ装置であって、
前記ステージに連結されたアームと、該アームに配
置されたリニアモータ可動子コイルと、を含み、前
記アームの内部に、前記コイルを冷却する冷却液が流入
出する通路が形成されていることを特徴とする。これに
より、アームの外部に冷却液を供給する配管を接続する
必要がなくなり、ステージの制御性が向上する。

【００２０】本発明のステージ装置は、ステージをあ
る平面内で移動・位置決めするステージ装置であって、
前記ステージから少なくとも３方向に延びるガイドバ
ーと、該バーの各々の端部に配置された非接触式平面
軸受と、を含むことを特徴とする。このように、平面
内に３箇所以上の非接触式平面軸受を設けることによ
り、ステージをガイド平面内で水平に保ちつつ、低摩擦
で駆動することができる。

【００２１】本発明のステージ装置は、ステージをあ
る平面内で移動・位置決めするステージ装置であって、
前記ステージに連結されたアームと、該アームの端
部に配置されたリニアモータ可動子と、前記ステージ
から延びるガイドバーと、該バーの端部に配置された非
接触式平面軸受と、前記リニアモータの固定子と、
前記軸受が摺動するガイドプレートと、を含み、前
記固定子と前記ガイドプレートとが積層された構造とな
っていることを特徴とする。これにより、ステージ装置
をコンパクトにすることができる。

【００２２】上記のステージ装置においては、前記軸
受が空気軸受（エアパッド）であって、前記ガイドバ
ーの内部に、前記軸受へのエア供給・回収・排気を行う
通路が形成されていることが好ましい。これにより、ガ
イドバー等にエア供給・回収・排気を行う配管を設ける
必要がなくなり、制御性が向上する。

【００２３】本発明のステージ装置は、対象物を載置
してある平面内で移動し位置決めされるメインステージ
と、該メインステージに寄り添って移動し位置決めさ
れるとともに、該メインステージと外部との流体の流出
入を仲介するサブステージと、を具備することを特徴
とする。サブステージからメインステージに流体を供給
するための配管に、短く軟らかいホース（多少気密性落
ちる）を用いることができ、メインステージの制御性を
向上できる。

【００２４】上記のステージ装置においては、前記メ
インステージとサブステージとが非接触式平面軸受を介
して相対しており、その相対している部分（インター
フェース部）において前記流体の流出入を行うことが好
ましい。つまり、ホース等の配管を使わずに流体の流出
入を行うのでメインステージに流体を供給するための配
管等を接続する必要がなくなり、制御性が向上する。ま
た、サブステージでメインステージを支えるので、メイ
ンステージのたわみを低減できる。

【００２５】上記のステージ装置においては、前記流
体の内の液体の流出入については管路を介して行うこと
が好ましい。流体の場合は、ホースを介しての流出入の
方が洩れが少ない。

【００２６】上記のステージ装置においては、前記サ
ブステージの可動部の軸受が空気軸受（エアパッド）で
あることが好ましい。

【００２７】上記のステージ装置においては、前記メ
インステージを駆動するリニアモータを含み、該リニ
アモータの固定子がエアベアリングで前記平面の垂直方
向（Ｚ方向）に非接触支持され、該固定子の重心を、
装置とは振動的に絶縁された部位より支持する反力処理
機構を持つことが好ましい。これにより、メインステー
ジを駆動する際の振動や反力による悪影響を低減でき
る。

【００２８】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。

【００２９】本発明の他のステージ装置は、ステージ
をある平面（ＸＹ平面）内で移動・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（Ｙ軸ガイド）と、該Ｙ軸ガイドの各々に
沿ってＹ方向にスライドする複数のスライダ（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）に延びる複数本のガイド
（Ｘ軸ガイド）と、該Ｘ軸ガイドの各々に沿ってＸ方
向にスライドする複数のスライダ（Ｘ軸スライダ）と、
該複数のＸ軸スライダの相互間に掛け渡されたステー
ジと、前記各ガイドと各スライダ間に付設された非接
触気体軸受と、前記各スライダを駆動する気体シリン
ダと、を具備することを特徴とする。

【００３０】ステージの駆動と、軸受を共に気体を用い
て行うので、磁場変動がなく、装置を簡単にできる。

【００３１】上記のステージ装置においては、前記スラ
イダの両端近傍の摺動面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。これにより、気体リークを軽
減できるので、真空中で用いることができる。

【００３２】上記のステージ装置においては、前記気体
シリンダのエアの給排気、及び、前記気体軸受へのエア
供給・回収・排気を行う通路が、前記ガイドの内部に形
成されていることが好ましい。これにより、シリンダや
ステージに排気用の配管を接続する必要がなくなるの
で、ステージの動きへの規制が少なくなって、ステージ
の制御性を向上できる。なお、シリンダへの給気や、気
体軸受からの気体回収の配管もガイドの内部に形成する
ことがより好ましい。

【００３３】上記のステージ装置においては、前記気体
シリンダ内のエア圧力を４×１０⁵Pa以上とすることが
好ましい。これにより、気体シリンダの剛性を高めるこ
とができ、制御性が向上する。

【００３４】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。

【００３５】

【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１１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１１には、電子線露光装
置１００が模式的に示されている。電子線露光装置１０
０の上部には、光学鏡筒１０１が示されている。光学鏡
筒１０１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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】次に、本発明の第１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、本発明の第１の
実施の形態に係るステージ装置の全体構成を示す斜視図
である。図２（Ａ）は同ステージを構成するサブステー
ジの斜視図であり、図２（Ｂ）は同ステージを構成する
エアシリンダ上面の空気軸受を示す側面断面図である。
図３は、同ステージを構成するメインステージを上方か
ら見た斜視図である。図４は、同ステージを構成するメ
インステージを下方から見た斜視図である。図５は、ガ
イドプレート、リニアモータ固定子の断面を示す側面断
面図である。図６は、リニアモータ可動子の側面断面図
である。図７は、樹脂でモールド成形されたコイルの側
面断面図である。図８は、二次元リニアモータの構造を
示す平面図である。

【００４３】まず、ステージ装置全体の概略について説
明する。図１には、本発明の第１の実施の形態に係るス
テージ装置１が示されている。ステージ装置１は、図１
１の露光装置におけるウェハステージ１３１にあたる。
ステージ装置１の下部には、サブステージ２が配置され
ている。サブステージ２の上部には、メインステージ３
が配置されている。メインステージ３は、図３、４に分
りやすく示すように、ウェハテーブル３２を載置する移
動ステージ３１と、ステージ３１を中心として対称な方
向に延びるアーム４１と、Ｙ字型をしたガイドバー５１
を備える。ガイドバー５１の３箇所の端部には、上下面
にエアパッド５３が形成されており、ガイド平面内を運
動可能となっている。アーム４１の両端には、二次元リ
ニアモータ可動子４５が設けられており、ガイド平面の
２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）及びガイド平面に直交する軸
の周り（θ方向）に運動可能である。サブステージ２
は、メインステージ３に寄り添って移動し位置決めされ
るとともに、メインステージ３と外部との気体の流出入
を仲介するものである。

【００４４】次に各部の詳細を説明する。サブステージ
２の両端には、図１に示すように、定盤等に固定された
直方体をした固定体２３ａ、２３ｂが配置されている。
固定体２３ａ、２３ｂの内部には、図示はしていない
が、エアの供給・排気等を行うための通路が設けられて
いる。また、固定体２３ａ、２３ｂの外部には、エアの
供給・排気の通路等が接続されている。詳しくは後述す
るが、固定体２３ａ、２３ｂの上部には、メインステー
ジ３のガイドバー５１をガイドするガイドプレート５２
ａ、５２ｂが載置されている。ガイドプレート５２ａ、
５２ｂの上部には、リニアモータ固定子４２が配置され
ている。

【００４５】固定体２３ａ、２３ｂの間には、可動部２
１が配置されている。可動部２１には、図２（Ａ）に示
すように、Ｙ方向に延びた２本のエアチューブ２２ａ、
２２ｂが配置されている。これらのエアチューブ２２
ａ、２２ｂは、エアシリンダ２４ａ、２４ｂのガイドも
兼ねる。エアチューブ２２ａ、２２ｂの断面は円形をし
ており、その内部には、エアの吸気・排気等を行ういく
つかの通路が形成されている。エアチューブ２２ａ、２
２ｂの図の左側の端部は、図２（Ａ）では図示省略され
ているが、それぞれ図の左に位置する固定体２３ａに接
続されている。一方、エアチューブ２２ａ、２２ｂの図
の右側の端部は、それぞれ図の右に位置する固定体２３
ｂに接続されている。

【００４６】詳しくは後述するが、エアチューブ２２ａ
を用いて、エアシリンダ２４ａ、２４ｂを駆動するため
のエアの供給・排気、並びに、メインステージ３に送る
エアやＨｅガスの供給、真空排気等を行う。

【００４７】エアチューブ２２ａ、２２ｂには、それぞ
れエアシリンダ２４ａ、２４ｂが嵌合されている。エア
シリンダ２４ａ、２４ｂは、エアチューブ２２ａ、２２
ｂを介して供給されるエアによりＹ方向に駆動する。エ
アシリンダ２４ａ、２４ｂは直方体をしており、その中
央は、Ｙ方向に貫通した円筒状の中空になっている。エ
アシリンダ２４ａ、２４ｂの内部には、図示はしていな
いが、エアの供給・排気等を行うための通路が設けられ
ており、エアチューブ２２ａ、２２ｂからエア等が供給
される。この詳しい機構については、特開平７−３３５
５３３等に開示されている。このエアシリンダを真空中
で用いるには、シールや排気手段等のエア洩れ対策を付
加して用いる。なお、エアシリンダの代わりに、静電ア
クチュエータや超音波アクチュエータ等の他のアクチュ
エータを用いて２６、２４ａ、２４ｂを駆動させること
も可能である。

【００４８】エアシリンダ２４ａ、２４ｂの間には、Ｘ
方向に延びた２本のエアチューブ２５ａ、２５ｂが配置
されている。これらのエアチューブ２５ａ、２５ｂは、
エアシリンダ２６のガイドも兼ねる。エアチューブ２５
ａ、２５ｂの断面は円形をしており、その内部には、エ
アの吸気・排気等を行ういくつかの通路が形成されてい
る。エアチューブ２５ａ、２５ｂの図の右側の端部は、
それぞれ図の右に位置するエアシリンダ２４ａに接続さ
れている。一方、エアチューブ２５ａ、２５ｂの図の左
側の端部は、それぞれ図の左に位置するエアシリンダ２
４ｂに接続されている。

【００４９】エアチューブ２５ａ、２５ｂには、エアシ
リンダ２６が嵌合されている。エアシリンダ２６の図の
左右には、Ｘ方向に貫通した円筒状の中空部があり、エ
アチューブ２５ａ、２５ｂが嵌め込まれている。エアシ
リンダ２６の内部には、図示はしていないが、エアの供
給・排気等を行うための通路が設けられている。エアシ
リンダ２６にはエアチューブ２２ｂから供給されたエア
がエアチューブ２５ａ、２５ｂを介して供給され、エア
シリンダ２６はＸ方向に駆動する。エアシリンダ２４
ａ、２４ｂには、特開平７−３３５５３３等に開示され
ているエアシリンダに、シールや排気手段等のエア洩れ
対策を付加して用いる。

【００５０】エアシリンダ２６の上面（サブステージ）
は平らな平面をしており、中央部分には、エア供給口２
７ａ、Ｈｅガス給排気口２７ｂ、低真空（Low Vacuum）
排気口２７ｃ、高真空（High Vacuum）排気口２７ｄ、
大気開放口２７ｅがＸ方向に並べて形成されている。各
口の周りには、図示はしていないが、低真空ガードリン
グ及び高真空ガードリングが形成されており、高真空に
保たれたウェハチャンバー内等にエア等が洩れないよう
にしている。上記エア供給口２７ａ等は、後述するよう
に、メインステージ３のエア導入口等に対向しており、
サブステージエアシリンダ２６が移動ステージ３１の動
きに合わせて移動することにより、メインステージ３に
エアやＨｅガス等の給排気や真空排気等を行うことがで
きる。

【００５１】この実施の形態においては、エアシリンダ
２６の上面に空気軸受を設けることが好ましい。図２
（Ｂ）には、エアシリンダ２６の上面に形成された気体
軸受が示されている。エア供給口２７ａ等の周辺には、
図１４に示したような多孔性の部材からなるエアパッド
２７ｆが配置されている。エアパッド２７ｆは、図２
（Ｂ）では２箇所に示してあるが、例えばエアシリンダ
２６上面の４隅に形成することができる。エアパッド２
７ｆの周囲には、図１４に示したように、エアパッド２
７ｆから噴出したエアの排気を行うガードリング２７ｇ
が形成されている。ガードリングは、大気開放を行うガ
ードリング、低真空排気を行うガードリング、高真空排
気を行うガードリングを順に形成することが好ましい。
各エアパッドやガードリングには、エアチューブ２２ａ
等の通路が接続される。

【００５２】エアシリンダ２６の上方には、移動ステー
ジ３１が示されている。エアチューブ２２ａ等から供給
されたエアがエアパッドの孔から噴出されて、移動ステ
ージ３１の下面に圧力を加える。エアシリンダ２６と移
動ステージ３１の隙間は、常に５μｍ程に保たれる。エ
アパッドから噴出された気体は、大気開放を行うガード
リングにより、大気に開放される。そこから洩れた気体
は、低真空排気を行うガードリングにより排気され、高
真空に保たれているウェハチャンバー内に洩れ出さない
ように、さらに高真空排気を行うガードリングから排気
する。

【００５３】このようにエアパッドの孔からエアを噴出
させることにより、エアシリンダ２６とメインステージ
３の間に一定の隙間を保持することができる。これによ
り、エアシリンダ２６と移動ステージ３１が一定の隙間
を維持して安定的に移動できるので、安定したエアの供
給等ができる。また、メインステージ３に下面から圧力
を加えるので、メインステージ３のたわみを小さくでき
る。

【００５４】続いて、図１、図３、図４を参照しつつメ
インステージ３について説明する。図１、図３、図４に
は、メインステージ３が示されている。メインステージ
３の中央部には、移動ステージ３１が示されている。移
動ステージ３１の下方には、Ｙ字型をしたガイドバー５
１が嵌合固定されている。移動ステージ３１のガイドバ
ー５１の上方には、移動ステージ３１を中心として対称
な方向に延びるアーム４１が嵌合固定されている。

【００５５】移動ステージ３１は、図３に示すように直
方体をしており、ガイドバー５１とアーム４１を嵌合す
るための長方形の孔がＹ方向に貫通するように設けられ
ている。エアシリンダ２６にエアパッドを設ける場合に
は、移動ステージ３１の下面でエアパッドから噴出され
たエアの圧力を受けるので、エアパッドの配置されてい
るだけの広さが必要になる。

【００５６】移動ステージ３１の下部には、エア供給口
３１ａ、Ｈｅガス給排気口３１ｂ、低真空排気口３１
ｃ、高真空排気口３１ｄ、大気開放口３１ｅがＸ方向に
並べて形成されている。各口は、エアシリンダ２６の上
面に形成されているエア供給口２７ａ、Ｈｅガス給排気
口２７ｂ、低真空排気口２７ｃ、高真空排気口２７ｄ、
大気開放口２７ｅに対応する位置にあり、それらから移
動ステージ３１にエアの供給等が行われる。移動ステー
ジ３１内には、図示はしていないが、各口３１ａ、３１
ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅから導入されたエア等をガ
イドバー５１、アーム４１及びウェハテーブル３２等に
供給するための通路が設けられている。

【００５７】また、図１に示すように、移動ステージ３
１の一方の側面には、比較的細い配管３９が接続されて
いる。配管３９は、移動ステージ３１とエアシリンダ２
６の移動の妨げにならないように長さに余裕をもたせて
エアシリンダ２６の側面に一旦係止され、ステージ装置
１の外部に延びている。配管３９は、静電チャックやリ
ニアモータのコイルの冷却液を循環・供給したり、リニ
アモータや静電チャックに電力を供給したりするための
ものである。

【００５８】移動ステージ３１の上部には、ステージプ
レート３３を介して、ウェハテーブル３２が設置されて
いる。ウェハテーブル３２上には、図示はしていない
が、静電チャック等の装置があり、ウェハＷを固定して
いる。静電チャックとウェハＷの間には、溝が掘られて
おり、Ｈｅガスが充填される。Ｈｅガスは、移動ステー
ジ３１の下部にあるＨｅガス給排気口３１ｂから給排気
される。ウェハテーブル３２上のウェハＷの図３の右側
には、ウェハＷの位置を確認するためのマークプレート
３５が載置されている。ウェハテーブル３２の図３の右
側面と上側面には、センサプレート３７ａ、３７ｂが設
置されている。センサプレート３７ａ、３７ｂの側面は
高精度に研磨されており、図１１に示したレーザ干渉計
１３３等の反射面として利用される。

【００５９】ガイドバー５１は、Ｙ字型をした板であ
り、Ｙの字が図の右側に横たわるように配置されてい
る。ガイドバー５１の中央部が移動ステージ３１の孔に
嵌合されている。図３、図４に示すように、ガイドバー
５１の３箇所の端部の上下面には、多孔性の部材からな
るエアパッド５３が計６つ設置されている。各エアパッ
ド５３の外周には、大気開放を行う大気開放ガードリン
グ５４、低真空（Low Vacuum）排気を行う低真空ガード
リング５５、高真空（High Vacuum）排気を行う高真空
ガードリング５６が順に形成されている。ガイドバー５
１内には、図示はしていないが、移動ステージ３１の下
部のエア供給口３１ａ、低真空排気口３１ｃ、高真空排
気口３１ｄ、大気開放口３１ｅからエアパッド５３、低
真空ガードリング５５、高真空ガードリング５６、大気
開放ガードリング５４にそれぞれ繋がっている通路が設
けられている。

【００６０】エアパッド５３等の形成されているガイド
バー５１の端部は、図１の左右に配置されているガイド
プレート５２ａ、５２ｂに挿入されている。ガイドプレ
ート５２ａ、５２ｂは、移動ステージ３１のある側が開
口になっている平たい箱型をしており、固定体２３ａ、
２３ｂの上面に固定されている。ガイドプレート５２
ａ、５２ｂの内側のＺ方向の高さは、ガイドバー５１の
厚さよりやや大きい。

【００６１】６つのエアパッド５３の孔からエアが噴出
されて、ガイドプレート５２ａ、５２ｂの上下面に圧力
を加える。ガイドバー５１の端部の上下面にエアパッド
５３が形成されているので、ガイドプレート５２ａ、５
２ｂの内面とは一定の間隔を保つことができ、ガイド平
面内を運動可能となっている。また、１つのガイド平面
に３個のエアパッド５３が形成されているので、ガイド
バー５１はガイド平面内で平行を保つことができる。

【００６２】エアパッド５３から噴出された気体は、大
気開放ガードリング５４により、大気に開放される。そ
こから洩れた気体は、低真空ガードリング５５により排
気され、高真空に保たれているウェハチャンバー内に洩
れ出さないように、さらに高真空ガードリング５６から
排気される。

【００６３】なお、この実施の形態においては、図５に
詳しく示すように、ガイドプレート５２ａ、５２ｂの上
面に非接触式平面軸受５９が形成されている。非接触式
平面軸受５９には、多孔性の部材からなるエアパッド５
９ａが形成されており、エアパッド５９ａの外周には、
大気開放を行う大気開放ガードリング５９ｂ、低真空排
気を行う低真空ガードリング５９ｃ、高真空排気を行う
高真空ガードリング５９ｄが順に形成されている。な
お、１つのガイドプレート上にエアパッド５９ａ等を３
つ以上配置すれば、上面に載置されたリニアモータ固定
子４２ａ、４２ｂが平行を保つことができる。このよう
に、リニアモータ固定子４２ａ、４２ｂは、非接触式平
面軸受５９を介してガイドプレート５２ａ、５２ｂの上
面に配置されているので、ガイドプレート５２ａ、５２
ｂ等の装置の振動の影響を受けない。

【００６４】アーム４１は、ある厚さを持った長方形の
平板であって、Ｙ方向に長い４つの孔４１ａ、４１ｂ、
４１ｃ、４１ｄが形成されている。アーム４１の中央部
が移動ステージ３１の孔に嵌合されている。アーム４１
の内部には、後述するコイルを冷却するための冷却媒体
の通路とコイルを駆動する電気配線の通路が形成されて
いる。通路は移動ステージの配管３９に接続されてお
り、ステージ装置１の外部から冷却媒体を循環し、駆動
電流を供給する。アーム４１の両端には、図３、図４に
示すように、正方形をした二次元リニアモータ可動子４
５が設けられている。

【００６５】図６を参照しつつリニアモータ可動子４５
について詳しく説明する。アーム４１には、図６に詳し
く示すように、上面が開口になっている箱型のキャン４
４ａが接続されている。箱型のキャン４４ａには、図３
に示すように、４つの扁平コイル４３ａ、４３ｂ、４３
ｃ、４３ｄが並べて接着剤等で固定されている。箱型の
キャン４４ａの上部には、平板のキャン４４ｂが載置さ
れている。キャン４４ａ、４４ｂには、コイル４３ａ、
４３ｂ、４３ｃ、４３ｄを冷却するための冷却媒体の通
路が形成されている。通路はアーム４１の冷却媒体の通
路に接続されており、ステージ装置１の外部からコイル
に冷却媒体を供給する。また、キャン４４ａ又は４４ｂ
には、コイルの配線を通すための孔が開けられている。
なお、アーム４１、キャン４４ａ、４４ｂ等は、セラミ
ックス又はエンジニアリングプラスチック、あるいはオ
ーステナイト系ステンレス等で形成される。

【００６６】図７を参照しつつコイルに樹脂のモールド
成形を施す場合について詳しく説明する。図７には、キ
ャン４４ａ、４４ｂに実装されたコイル４３´が示され
ている。コイル４３´の周囲には、樹脂４７がモールド
成形されている。樹脂４７は、コイル４３´の周囲には
一定の厚さで成形され、コイル４３´の上下部はキャン
４４ａ、４４ｂの幅に近い厚さに成形されている。コイ
ル４３´から樹脂４７の下部には、コイル４３´を駆動
する電気配線４７ａが設けられている。電気配線４７ａ
の先には、接続端子４７ｂが設けられている。接続端子
４７ｂは、キャン４４ａに設けられた図示せぬソケット
に嵌合固定されている。ソケットからは、アーム４１へ
と延びる電気配線４８が接続されている。

【００６７】このように接続端子４７ｂをソケットに嵌
合するだけで固定できるので、接着剤による固定が必要
なくなり固定作業が容易に行える。また、同時にコイル
の電気配線も行うことができるので、面倒な電気配線を
行う必要がなくなる。

【００６８】図１に示すように、リニアモータ可動子４
５の形成されているアーム４１の端部は、図の左右に配
置されているリニアモータ固定子４２ａ、４２ｂに挿入
されている。リニアモータ固定子４２ａ、４２ｂは、移
動ステージ３１のある側が開口になっている平たい箱型
をしており、ガイドプレート５２ａ、５２ｂの上面に配
置されている。リニアモータ固定子４２ａ、４２ｂの内
側の上下面には、図５に示すように、磁極ユニット４６
ａ、４６ｂが設けられている。

【００６９】図８を参照しつつ二次元リニアモータつい
て詳しく説明する。図８には、二次元リニアモータ６０
が示されている。二次元リニアモータ６０には、一枚の
磁極ユニット４６ａ又は４６ｂが示されている。磁極ユ
ニット４６ａ、４６ｂの中央部には、一辺がＬの正方形
をした永久磁石６１Ｓと６１Ｎが一升おきに交互に配置
されている。永久磁石６１Ｓの磁極面の極性はＳ極であ
り、永久磁石６１Ｎの磁極面の極性はＮ極である。最外
周部には、縦もしくは横の内一方の長さがＬ／２の長方
形をした永久磁石６３Ｓと６３Ｎが配置されている。永
久磁石６３Ｓの磁極面の極性はＳ極であり、永久磁石６
３Ｎの磁極面の極性はＮ極である。また、磁極ユニット
４６ａ、４６ｂの４隅には、一辺がＬ／２のＮ極の永久
磁石６２Ｎが配置されている。永久磁石６２Ｎの磁極面
の極性はＮ極である。なお、各永久磁石の図の上面に
は、図示せぬ磁性体部材が設けられている。

【００７０】各永久磁石の図の上下左右には、永久磁石
が配置されている。永久磁石６１Ｓと６１Ｎの図の上下
左右には、一辺がＬの正方形をした永久磁石６４が配置
されている。最外周部の永久磁石６３Ｓと６３Ｎの間に
は、縦もしくは横の内一方の長さがＬ／２の長方形をし
た永久磁石６５が配置されている。永久磁石６４、６５
は、隣り合う永久磁石６１Ｓ、６１Ｎ、６３Ｓ、６３
Ｎ、６２Ｎの磁極面の磁性と同一になるように配置され
ている。例えば、永久磁石６１Ｓと６１Ｎの間の永久磁
石６４は、Ｓ極を永久磁石６１Ｓの方に向け、Ｎ極を永
久磁石６１Ｎの方に向けて配置する。ただし、後述する
コイル４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄの下部の永久磁
石６４、６５の図示は省略してある。

【００７１】このように永久磁石を配置することによ
り、二次元リニアモータ６０の上下面で磁気回路が閉じ
た構成になる。そのため、二次元リニアモータ６０の上
下面から漏れる磁束を磁気的にシールドでき、周辺部品
や周辺装置に悪影響を与える漏れ磁束量や磁場変動量を
低減できる。

【００７２】磁極ユニット４６ａ、４６ｂの中央付近の
上部には、図４に示したように、扁平コイル４３ａ、４
３ｂ、４３ｃ、４３ｄが並んで配置されている。なお、
この図においては、図６に示したキャン４６ａ、４６ｂ
等の図示は省略した。コイル４３ａの下部には、図の中
央上方に永久磁石６１Ｎが、図の中央下方に永久磁石６
１Ｓが存在する。コイル４３ｂの下部には、図の左上方
と右下方に永久磁石６１Ｎが、図の右上方と左下方に永
久磁石６１Ｓが存在する。コイル４３ｃの下部には、図
の中央左方に永久磁石６１Ｎが、図の中央右方に永久磁
石６１Ｎが存在する。コイル４３ｄの下部には、図の中
央に永久磁石６１Ｎが存在する。

【００７３】次に、この永久磁石とコイルで構成される
二次元リニアモータ６０の駆動方法について説明する。
二次元リニアモータ６０を構成する各コイル４３ａ、４
３ｂ、４３ｃ、４３ｄに電流を流すと、ローレンツ力の
作用により、各コイルからなるリニアモータ可動子４５
がリニアモータ固定子４２ａ、４２ｂ内を駆動する。

【００７４】具体的には、コイル４３ａに紙面に垂直な
（Ｚ軸）上方から見て左回りに電流を流すと、ローレン
ツ力の作用により、リニアモータ可動子４５は図の上方
（Ｘ軸）に駆動する。当然、紙面に垂直な（Ｚ軸）上方
から見て右回りに電流を流すと、ローレンツ力の作用に
より、リニアモータ可動子４５は図の下方（Ｘ軸）に駆
動する。コイル４３ｂに電流を流すと、対角線上にある
同極の永久磁石から受ける力が常に逆方向になるので、
打ち消しあってリニアモータ可動子４５は動かない。コ
イル４３ｃに紙面に垂直な（Ｚ軸）上方から見て左回り
に電流を流すと、ローレンツ力の作用により、リニアモ
ータ可動子４５は図の左方（Ｙ軸）に駆動する。当然、
紙面に垂直な（Ｚ軸）上方から見て右回りに電流を流す
と、ローレンツ力の作用により、リニアモータ可動子４
５は図の右方（Ｙ軸）に駆動する。なお、コイル４３ｄ
のコイルの巻かれている部分は磁界から外れているの
で、永久磁石から受ける力が常にゼロになるので、リニ
アモータ可動子４５は動かない。

【００７５】なお、この永久磁石とコイルの位置関係は
一例であり、当然のことながら、コイルは磁極ユニット
４６ａ、４６ｂ上を移動する。したがって、リニアモー
タ可動子４５を図の上下方向や左右方向に駆動させるコ
イルは常に入れ替わる。そのため、レーザ干渉計１１３
等によりウェハテーブル３２の位置を正確に把握し、コ
イルに流す電流をフィードバック制御する。

【００７６】図８の位置関係においては、コイル４３ａ
に電流を流すことによりＸ方向（図の上下方向）の駆動
を制御でき、コイル４３ｃに電流を流すことによりＹ方
向（図の左右方向）の駆動を制御できる。また、図１、
４に示したように、メインステージ３には、２つの二次
元リニアモータ６０が設けられているので、ガイド平面
に直交する軸の周り（θ方向）に運動可能である。例え
ば、図１、３の右側にある二次元リニアモータ６０内の
コイルに電流を流して、Ｘ方向に駆動する。一方、図
１、３の左側にある二次元リニアモータ６０内のコイル
に電流を流して、右側の二次元リニアモータ６０とは反
対の方向に駆動する。すると、ガイド平面に直交する軸
の周り（θ方向）にモーメント力が発生し、メインステ
ージは、ガイド平面に直交する軸の周り（θ方向）を回
転する。

【００７７】リニアモータ固定子４２ａ、４２ｂには、
図５に示すようにバネ・ダッシュポット等の振動減衰機
構４９が取り付けられている。振動減衰機構４９は、図
１に示すように、各リニアモータ固定子のＹ方向に２つ
ずつ、Ｘ方向に１つずつ設けられている。なお、振動減
衰機構４９の反対側の端部は、定盤等に固定されてい
る。

【００７８】このように、リニアモータ固定子４２ａ、
４２ｂは、非接触式平面軸受５９を介してガイドプレー
ト５２ａ、５２ｂの上面に配置され、且つ、リニアモー
タ固定子４２ａ、４２ｂは振動減衰機構４９でガイド平
面に拘束されているので、メインステージ３がガイド平
面内を移動する際のリニアモータ固定子４２ａ、４２ｂ
への反力を吸収することができる。

【００７９】次に、本発明の第２の実施の形態に係るス
テージ装置について説明する。図９は、本発明の第２の
実施の形態に係るステージ装置を上方から見た斜視図で
ある。図１０は、同ステージ装置を下方から見た斜視図
である。図９、１０には、本発明の第２の実施の形態に
係るステージ装置１´が示されている。このステージ装
置１´は、ウェハテーブル３２を載置するウェハテーブ
ル３２と、ウェハテーブル３２を中心として対称な方向
に延びるアーム４１と、アーム４１に設けられた移動ス
テージ７１ａ、７１ｂ等を具備している。アーム４１の
両端には、二次元リニアモータ可動子４５が設けられて
おり、ガイド平面の２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）及びガイ
ド平面に直交する軸の周り（θ方向）に運動可能であ
る。この実施の形態においては、移動ステージ７１ａ、
７１ｂには、気体軸受を介してガイド７３ａ、７３ｂが
嵌合されており、移動ステージ７１ａ、７１ｂはＸ軸上
を低摩擦で摺動可能である。ガイド７３ａ、７３ｂに接
続された摺動体７５、７６には、気体軸受を介して、ガ
イド７７、７８、７９が嵌合されており、移動ステージ
７１ａ、７１ｂ等はＹ軸上を低摩擦で摺動可能である。
そのため、気体軸受を用いて低摩擦な摺動が可能で、二
次元リニアモータでＸ−Ｙ、θ方向に運動可能なステー
ジ装置が比較的容易にできるという作用効果がある。

【００８０】以下、具体的に説明する。ステージ装置１
´の上部には、ウェハＷを載置したウェハテーブル３２
が示されている。ウェハテーブル３２は、第１の実施の
形態と同じものを用いることができる。ウェハテーブル
３２の下部には、アーム４１が設けられている。アーム
４１も第１の実施の形態と同じものを用いることができ
る。アーム４１の両端には、二次元リニアモータ可動子
４５が設けられており、その下方には、上面が図示省略
されたリニアモータ固定子４２ａ、４２ｂが示されてい
る。リニアモータ可動子４５とリニアモータ固定子４２
ａ、４２ｂとでリニアモータを構成し、ガイド平面の２
方向（Ｘ方向、Ｙ方向）及びガイド平面に直交する軸の
周り（θ方向）に運動可能である。

【００８１】アーム４１の内部には、リニアモータ可動
子４５内のコイルを冷却するための冷却媒体の通路とコ
イルを駆動する電気配線の通路が形成されている。通路
は図示せぬ移動ステージの配管に接続されており、ステ
ージ装置１´の外部から冷却媒体を循環し、駆動電流を
供給する。

【００８２】アーム４１の下部には、Ｘ方向に貫通した
長方形の断面の孔を有する箱型をした移動ステージ７１
ａが配置されている。移動ステージ７１ａの側方には、
図１０に示すように、Ｘ方向に貫通した長方形の断面の
孔を有する補助ステージ７１ｂが設けられている。移動
ステージ７１ａには角柱型のガイド７３ａが嵌合されて
おり、補助ステージ７１ｂには角柱型のガイド７３ｂが
嵌合されている。ガイド７３ａ、７３ｂの表面の移動ス
テージ７１ａ、補助ステージ７１ｂと対向する位置に
は、図１４に示したような気体軸受が各面に２つずつ計
８つずつ形成されている。それにより、移動ステージ７
１ａとガイド７３ａ及び補助ステージ７１ｂとガイド７
３ｂとはそれぞれ低摩擦で摺動可能となっている。ガイ
ドを２本設けることにより、移動ステージ７１ａ等がＸ
軸周りにがたつくことなく確実に摺動できる。

【００８３】図１０に示すように、ガイド７３ａ、７３
ｂの図の右側には、Ｘ方向に貫通した長方形の断面の孔
を有する箱型をした摺動体７５が設けられている。摺動
体７５には、角柱型のガイド７７が嵌合されている。ガ
イド７７の表面の摺動体７５に対向する位置には、図１
４に示したような気体軸受が各面に２つずつ計８個形成
されている。ガイド７７の内部には、気体軸受に気体を
供給する供給通路７７ａと気体を排気する排気通路７７
ｂが形成されている。気体軸受により、摺動体７５とガ
イド７７とは低摩擦で摺動可能となっている。また、移
動ステージ７１ａ等のＸ方向の動き及びＹ、Ｚ軸周りの
回動を抑止できる。

【００８４】摺動体７５の内面とガイド７７の対向する
位置には、図示していないが、ガイド７７から摺動体７
５へ気体の供給・排気を行うための供給・排気口がそれ
ぞれ形成されている。摺動体７５はガイド７７上を摺動
するので、摺動体７５に形成されている供給・排気口は
Ｙ方向に長く延びている。供給・排気口の周囲にはガー
ドリングが形成されており、真空中に気体が洩れないよ
うにしている。ガードリングは、図２（Ｂ）に示したよ
うに、気体軸受を構成するガードリングを流用すること
もできる。ガードリングから排気された気体は、ガイド
７７の排気通路７７ｂからステージ装置外部へと排気さ
れる。なお、摺動体７５には、ガイド７７から供給・排
気される気体をガイド７３ａ、７３ｂに供給・排気する
ための気体通路が形成されている。

【００８５】一方、ガイド７３ａ、７３ｂの左側には、
平たい長方形をした摺動体７６が設けられている。摺動
体７６の上下面には、角柱型のガイド７８、７９が配置
されている。ガイド７８、７９の摺動体７６と対向する
位置には、気体軸受がそれぞれ２つずつ形成されてい
る。ガイド７８の内部には、気体軸受に気体を供給する
供給通路７８ａと気体を排気する排気通路７８ｂが形成
されており、ガイド７９の内部には、気体軸受に気体を
供給する供給通路７９ａと気体を排気する排気通路７９
ｂが形成されている。気体軸受により、摺動体７５とガ
イド７８、７９とは低摩擦で摺動可能となっている。こ
のように、移動ステージ７１ａの両脇にガイドを２軸設
けたので、移動ステージ７１ａ等がＹ軸周りにがたつく
ことなく確実に摺動できる。

【００８６】この実施の形態においては、移動ステージ
７１ａは、気体軸受を介して低摩擦でＸＹ平面を摺動可
能になっており、リニアモータ可動子４５とリニアモー
タ固定子４２ａ、４２ｂとで構成されるリニアモータに
より、ガイド平面の２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）及びガイ
ド平面に直交する軸の周り（θ方向）に運動可能であ
る。

【００８７】さらに、他の実施の形態のステージ装置に
ついて、図１７〜１９を参照しつつ、説明する。このス
テージ装置は、図２のサブステージとしても使えるし、
露光装置のメインステージとしても使える。図１７は、
他の実施の形態のステージ装置の平面断面図である。図
１８は、同ステージ装置のステージの分解斜視図であ
る。図１９は、図１８のＡ−Ａ断面図である。図２０
は、図１９のスライダの摺動面の展開図である。図２１
は、図１９のＢ−Ｂ断面図である。図２２は、図１９の
Ｃ−Ｃ断面図である。

【００８８】図１７には、他の実施の形態のステージ装
置２０１が示されている。このステージ装置２０１に
は、Ｙ軸方向に平行に延びる２本のガイド２２２ａ、２
２２ｂが設けられている。２本のガイド２２２ａ、２２
２ｂは、定盤等に固定されている。２本のガイド２２２
ａ、２２２ｂには、各々に沿ってＹ方向にスライドする
Ｙ軸スライダ２２４ａ、２２４ｂが嵌合されている。Ｙ
軸スライダ２２４ａ、２２４ｂの相互間には、Ｘ軸方向
に延びる２本の移動ガイド２２５ａ、２２５ｂが掛け渡
されている。２本の移動ガイド２２５ａ、２２５ｂの相
互間には、各々に沿ってＸ方向にスライドするステージ
２２６が嵌合されている。ステージ２２６の上部には、
例えば、静電チャック等の装置を設け、ウェハを固定す
ることができる。ステージ２２６の移動ガイド２２５
ａ、２２５ｂと嵌合する部分は、スライダ部２２６ａ、
２２６ｂとなっている。

【００８９】各ガイド２２２ａ、２２２ｂ、２２５ａ、
２２５ｂと各スライダ２２４ａ、２２４ｂ、２２６ａ、
２２６ｂの間には、エアパッド２５３が付設されてい
る。エアパッド２５３は、詳しくは後述するが、各スラ
イダの両端部付近の摺動面の上下及び両側面に付設され
ている。

【００９０】スライダ２２４ａ、２２４ｂ、及び、ステ
ージ２２６の中央部は、気体シリンダとなっている。ガ
イド２２２ａ、２２２ｂの中央部には、図１９に分り易
く示すように、しきり板２３１ａ、２３１ｂが設けられ
ている。スライダ２２４ａ、２２４ｂの中央部は、しき
り板２３１ａ、２３１ｂにより、２つの気体室２３４
ａ、２３４ｂ、並びに、気体室２３３ａ、２３３ｂに分
割されている。隣り合う気体室の圧力に差をつけること
により、各スライダ２２４ａ、２２４ｂをＹ方向に駆動
する。例えば、気体室２３４ａ、２３３ａの圧力を気体
室２３４ｂ、２３３ｂ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２３４ａ、２３３ａの図の左方の壁が押さ
れ、スライダ２２４ａ、２２４ｂがガイド２２２ａ、２
２２ｂ上を相対的に図の左方向に移動する。なお、気体
室２３３ａ、２３３ｂ、並びに、２３４ａ、２３４ｂに
は、それぞれガイド２２２ｂ、２２２ａの内部に設けら
れた通路を介して、気体が供給される。

【００９１】図１８を参照しつつ、ステージ２２６の構
成について説明する。図１８の中央部には、移動ガイド
２２５ａ、２２５ｂが平行に配置されている。移動ガイ
ド２２５ａと２２５ｂの中央部には、各ガイドに垂直
に、しきりバー２３７が掛け渡されている。しきりバー
２３７の上下には、ある厚さを有し、Ｙ方向に長い長方
形をしたしきり板２３７ａ、２３７ｂが設けられてい
る。

【００９２】図１８の上下には、上下２つに分割された
ステージ２２６ｃ、２２６ｄが示されている。ステージ
２２６ｃの外周部には、貫通孔２４１がＺ方向に貫通す
るように複数設けられている。ステージ２２６ｄの外周
部の貫通孔２４１に対応する位置には、ネジ穴２４２が
設けられている。貫通孔２４１の上方からネジを挿入
し、ネジ穴２４２に締め付けることにより、ステージ２
２６ｃと２２６ｄを１つに合わせて固定することができ
る。

【００９３】ステージ２２６ｃ、２２６ｄのスライダ部
２２６ａ、２２６ｂには、移動ガイド２２５ａ、２２５
ｂと嵌合するように、溝２３６が形成されている。溝２
３６の内面には、図示せぬエアパッド（詳しくは後述）
が付設されている。ステージ２２６ｃ、２２６ｄの中央
部には、気体シリンダを構成する気体室２３８が設けら
れている。気体室２３８の図１８の左右の壁の上部に
は、切り欠き２３９が設けられている。なお、図１８に
は、ステージ２２６ｄの気体室２３８付近のみが示され
ているが、ステージ２２６ｃも同様の構造をしている。

【００９４】ステージ２２６ｃ、２２６ｄをネジで締め
合わせた際、切り欠き２３９は、しきりバー２３７に対
してＸ方向に摺動可能に嵌合する。また、気体室２３８
には、しきり板２３７ａ、２３７ｂがＸ方向に摺動可能
に嵌合し、気体室２３８を２つの気体室２３８ａ、２３
８ｂに分割する（図１７参照）。隣り合う気体室の圧力
に差をつけることにより、ステージ２２６をＸ方向に駆
動する。例えば、気体室２３８ａの圧力を気体室２３８
ｂ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２３８
ａの図の下方（Ｘ軸の正方向）の壁が押され、ステージ
２２６が移動ガイド２２５ａ、２２５ｂ上を相対的に図
１７の下方向（Ｘ軸の正方向）に移動する。なお、気体
室２３８ａ、２３８ｂには、矢印２３９ａ、２３９ｂに
示したように、それぞれガイド２２２ａ、２２２ｂ、ス
ライダ２２４ａ、２２４ｂ、移動ガイド２２５ｂ、ステ
ージ２２６の内部に設けられた通路を介して、気体が供
給される。

【００９５】この例のステージ装置２０１においては、
各気体室の気体圧力を４×１０⁵Pa以上とする。例え
ば、気体室２３８ａの気体の圧力を６．７７６×１０⁵P
a、気体室２３８ｂの気体の圧力を６．４２１×１０⁵Pa
とする。これにより、差圧は、０．３５５×１０⁵Paと
なり、このとき約１Gの加速度を得ることができる。同
じ差圧であれば、同じ加速度を得ることができるが、両
方の気体室の圧力を高く設定することで、気体シリンダ
の剛性を高めることができ、応答性が向上する。

【００９６】図１９を参照しつつ、ステージ装置２０１
の気体軸受について説明する。図１９には、ガイド２２
２ｂが示されている。ガイド２２２ｂの両端面には、あ
る厚さを有する長方形の板２４４が固定されている。板
２４４は、定盤等に固定されている。板２４４の内側の
面には、スライダ２２４ｂの衝撃を吸収するダンパー
（バネ等を含む）２４５が配置されている。ダンパー２
４５は、図１９の板２４４の上下の２箇所に設けられて
いるが、例えば、板２４４の４隅に１つずつ設置するこ
ともできる。ガイド２２２ｂの中央部の上下には、しき
り板２３１ｂが示されている。

【００９７】ガイド２２２ｂ内には、スライダ２２４ｂ
の気体室２３３ａ、２３３ｂに気体を供給するための通
路２４６が破線で示されている。ガイド２２２ｂ内に
は、図示はしないが、後述するように、エアパッド２５
３に気体を供給し、ガードリング２５４、２５５、２５
６から気体を回収・排気するための通路も形成されてい
る。図１９に示された、ガイド２２２ｂの側面Ａの中央
には、上記ガードリングと上記通路を連通させるための
貫通孔２６４、２６５、２６６が設けられている（図２
１参照）。貫通孔２６６が側面Ａの中心に設けられ、そ
の下方に、順に貫通孔２６５、２６４が配置されてい
る。

【００９８】ガイド２２２ｂには、スライダ２２４ｂの
断面が示されている。スライダ２２４ｂの中央部には、
気体室２３３ａ、２３３ｂが示されている。気体室２３
３ａ、２３３ｂの側方には、エアパッド２５３が設けら
れている。ガイド２２２ｂ内には、図示はしないが、通
路２４６とは別の通路が形成されており、エアパッド２
５３に気体が供給される。あるいは、２２４ｂに気体供
給用の配管を接続し、エアパッド２５３に気体を供給す
ることもできる。エアパッド２５３の周囲には、詳しく
は後述するが、順に大気開放ガードリング２５４、低真
空排気ガードリング２５５、高真空排気ガードリング２
５６が設けられている。

【００９９】図２０、２２を参照しつつ、スライダ２２
４ｂに設けられたガードリング等の構成について説明す
る。図２０には、上方からスライダ２２４ｂの上面、側
面Ａ、下面、側面Ｂの展開図が示されている。図２０、
２２に示すように、スライダ２２４ｂの上下面には、Ｘ
方向に長い長方形の形状をしたエアパッド２５３が設け
られている。スライダ２２４ｂの側面Ａ、Ｂには、Ｙ方
向に長い長方形の形状をした比較的小さなエアパッド２
５３が４個ずつ間隔を開けて設けられている。側面Ａの
図の上方に設けられた２つのエアパッドに２５３ａとい
う符号を付し、下方に設けられた２つのエアパッドに２
５３ｂという符号を付した。

【０１００】各エアパッド２５３の周囲には、大気開放
ガードリング２５４が設けられている。大気開放ガード
リング２５４は、図２０の左右に設けられた各々のエア
パッド２５３全てを覆うように形成されている。しか
し、側面Ａに設けられたエアパッド２５３ａと２５３ｂ
との間には大気開放ガードリング２５４は設けられてい
ない。側面Ａに設けられた２つのエアパッド２５３ａ、
並びに、２つのエアパッド２５３ｂの間には、Ｙ方向に
長い直線状の大気開放ガードリング２５４ａが設けられ
ており、図の左右に設けられた大気開放ガードリング２
５４の領域を連通している。

【０１０１】大気開放ガードリング２５４の外側には、
低真空排気ガードリング２５５が設けられている。側面
Ａに設けられたエアパッド２５３ａと２５３ｂとの間に
は、Ｙ方向に長い直線状の低真空排気ガードリング２５
５ａが設けられており、図の左右に設けられた低真空排
気ガードリング２５５の領域を連通している。

【０１０２】低真空排気ガードリング２５５の外側に
は、高真空排気ガードリング２５６が設けられている。
側面Ａに設けられたエアパッド２５３ａと２５３ｂとの
間には、Ｙ方向に長い直線状の高真空排気ガードリング
２５６ａが設けられており、図の左右に設けられた高真
空排気ガードリング２５６の領域を連通している。

【０１０３】この例のステージ装置２０１においては、
エア供給通路からエアパッド２５３にエアが供給され、
エアが噴出される。噴出されたエアは、大気開放ガード
リング２５４から大気に開放される。大気開放ガードリ
ング２５４から洩れた気体は、低真空ガードリング２５
５から排気される。真空中で用いる場合には、高真空に
保たれている真空室内に気体が洩れ出さないように、さ
らに高真空ガードリング２５６から気体が排気される。
なお、この例のステージ装置２０１においては、気体シ
リンダを構成する気体室から洩れ出した気体を各ガード
リング２５４、２５５、２５６から回収・排気する。

【０１０４】図２１に示すように、貫通孔２６４、２６
５、２６６は、ガードリング２５４ａ（下側）、２５５
ａ（下側）、２５６ａに対向しており、エアの回収・排
気を行う。各ガードリング２５４ａ、２５５ａ、２５６
ａは直線状となっているので、スライダ２２４ｂがＹ軸
上を動いても、常に各孔からのエア回収・排気を行うこ
とができる。

【０１０５】以上図１〜図２２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。

【０１０６】

【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、制御性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るステージ装置
の全体構成を示す斜視図である。

【図２】図２（Ａ）は同ステージを構成するサブステー
ジの斜視図であり、図２（Ｂ）は同ステージを構成する
エアシリンダ上面の空気軸受を示す側面断面図である。

【図３】同ステージを構成するメインステージを上方か
ら見た斜視図である。

【図４】同ステージを構成するメインステージを下方か
ら見た斜視図である。

【図５】ガイドプレート、リニアモータ固定子の断面を
示す側面断面図である。

【図６】リニアモータ可動子の側面断面図である。

【図７】樹脂でモールド成形されたコイルの側面断面図
である。

【図８】二次元リニアモータの構造を示す平面図であ
る。

【図９】本発明の第２の実施の形態に係るステージ装置
を上方から見た斜視図である。

【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るステージ装
置を下方から見た斜視図である。

【図１１】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１２】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１３】ＷＯ９９／６６２２１に開示されたステージ
装置を示す断面図である。

【図１４】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。

【図１５】特開平９−３４１３５に開示されたステージ
装置を示す斜視図である。

【図１６】同ステージ装置の平面図である。

【図１７】他の実施の形態のステージ装置の平面断面図
である。

【図１８】同ステージ装置のステージの分解斜視図であ
る。

【図１９】図１８のＡ−Ａ断面図である。

【図２０】図１９のスライダの摺動面の展開図である。

【図２１】図１９のＢ−Ｂ断面図である。

【図２２】図１９のＣ−Ｃ断面図である。

【符号の説明】

１ステージ装置２サブステー
ジ３メインステージ２１可動部２２ａ、２２ｂ
エアチューブ２３ａ、２３ｂ固定体２４ａ、２４ｂ
エアシリンダ２５ａ、２５ｂエアチューブ２６エアシリ
ンダ２７ａエア供給口２７ｂＨｅガ
ス給排気口２７ｃ低真空排気口２７ｄ高真空
排気口２７ｅ大気開放口３１移動ステージ３１ａエア供
給口３１ｂＨｅガス給排気口３１ｃ低真空
排気口３１ｄ高真空排気口３１ｅ大気開
放口３２ウェハテーブル３３ステージ
プレート３５マークプレート３７ａ、３７ｂ
センサプレート３９配管４１アーム４１ａ、４１
ｂ、４１ｃ、４１ｄ孔４２ａ、４２ｂリニアモータ固定子４３扁平コイ
ル４４ａ、４４ｂキャン４５二次元リ
ニアモータ可動子４６ａ、４６ｂ磁極ユニット４７樹脂４７ａ電気配線４７ｂ接続端
子４８電気配線４９振動減衰
機構５１ガイドバー５２ａ、５２ｂ
ガイドプレート５３エアパッド５４大気開放
ガードリング５５低真空ガードリング５６高真空ガ
ードリング５９非接触式平面軸受５９ａエアパ
ッド５９ｂ大気開放ガードリング５９ｃ低真空
ガードリング５９ｄ高真空ガードリング６０二次元リ
ニアモータ６１Ｓ、６１Ｎ、６２Ｎ、６３Ｓ、６３Ｎ、６４、６５
永久磁石

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステージをある平面内で移動・位置決め
するステージ装置であって、前記ステージに連結された、該ステージを中心として対
称な方向に延びるアームと、該アームの各々の端部における、前記ステージを中心と
する対称な位置に配置された、複数のリニアモータ可動
子と、を含む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内で移動・位置決め
するステージ装置であって、前記ステージに連結されたアームと、該アームに配置されたリニアモータ可動子コイルと、を含み、前記アームの内部に、前記コイルを冷却する冷却液が流
入出する通路が形成されていることを特徴とするステー
ジ装置。
【請求項３】ステージをある平面内で移動・位置決め
するステージ装置であって、前記ステージから少なくとも３方向に延びるガイドバー
と、該バーの各々の端部に配置された非接触式平面軸受と、を含むことを特徴とするステージ装置。
【請求項４】ステージをある平面内で移動・位置決め
するステージ装置であって、前記ステージに連結されたアームと、該アームの端部に配置されたリニアモータ可動子と、前記ステージから延びるガイドバーと、該バーの端部に配置された非接触式平面軸受と、前記リニアモータの固定子と、前記軸受が摺動するガイドプレートと、を含み、前記固定子と前記ガイドプレートとが積層された構造と
なっていることを特徴とするステージ装置。
【請求項５】前記軸受が空気軸受（エアパッド）であ
って、前記ガイドバーの内部に、前記軸受へのエア供給・回収
・排気を行う通路が形成されていることを特徴とする請
求項３又は４記載のステージ装置。
【請求項６】対象物を載置してある平面内で移動し位
置決めされるメインステージと、該メインステージに寄り添って移動し位置決めされると
ともに、該メインステージと外部との流体の流出入を仲
介するサブステージと、を具備することを特徴とするステージ装置。
【請求項７】前記メインステージとサブステージとが
非接触式平面軸受を介して相対しており、その相対している部分（インターフェース部）において
前記流体の流出入を行うことを特徴とする請求項６記載
のステージ装置。
【請求項８】前記流体の内の液体の流出入については
管路を介して行うことを特徴とする請求項６記載のステ
ージ装置。
【請求項９】前記サブステージの可動部の軸受が空気
軸受（エアパッド）であることを特徴とする請求項６記
載のステージ装置。
【請求項１０】前記メインステージを駆動するリニア
モータを含み、該リニアモータの固定子がエアベアリングで前記平面の
垂直方向（Ｚ方向）に非接触支持され、該固定子の重心を、装置とは振動的に絶縁された部位よ
り支持する反力処理機構を持つことを特徴とする請求項
６〜９いずれか１項記載のステージ装置。
【請求項１１】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１〜１０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。
【請求項１２】ステージをある平面（ＸＹ平面）内で
移動・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（Ｙ軸ガ
イド）と、該Ｙ軸ガイドの各々に沿ってＹ方向にスライドする複数
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）に延びる複数本の移動ガイド（Ｘ軸ガイ
ド）と、該Ｘ軸ガイドの各々に沿ってＸ方向にスライドする複数
のスライダ（Ｘ軸スライダ）と、該複数のＸ軸スライダの相互間に掛け渡されたステージ
と、前記各ガイドと各スライダ間に付設された非接触気体軸
受と、前記各スライダを駆動する気体シリンダと、を具備することを特徴とするステージ装置。
【請求項１３】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１２
記載のステージ装置。
【請求項１４】前記気体シリンダのエア、又は、前記
気体軸受からの排気を行う通路が、前記ガイドの内部に
形成されていることを特徴とする請求項１２記載のステ
ージ装置。
【請求項１５】前記気体シリンダ内の気体圧力を４×
１０⁵Pa以上とすることを特徴とする請求項１２記載の
ステージ装置。
【請求項１６】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１２〜１５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。