JP2002359170A - ステージ装置及び露光装置 - Google Patents

ステージ装置及び露光装置

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JP2002359170A
JP2002359170A JP2001162611A JP2001162611A JP2002359170A JP 2002359170 A JP2002359170 A JP 2002359170A JP 2001162611 A JP2001162611 A JP 2001162611A JP 2001162611 A JP2001162611 A JP 2001162611A JP 2002359170 A JP2002359170 A JP 2002359170A
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slider
mask
axis
actuator
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慶一 田中
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁場の乱れが少なく、装置を小型・軽量にも
しうるステージ装置等を提供する。 【解決手段】 ステージ装置１は、エアシリンダ２８、
１６でＸＹ方向に駆動されるＸＹ粗動ステージ２と、Ｘ
Ｙ粗動ステージ２上に設置され、６本のピエゾアクチュ
エータ４１〜４６により６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θX、
θY、θZ）で駆動される微動テーブル３０と、微動テー
ブル３０上に設置され、ウェハＷを載置するウェハテー
ブル６０と、で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原版（マスク、レ
チクル等）上に形成されたパターンを感応基板（ウェハ
等）上に転写露光する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、磁場の
乱れが少なく、装置を小型・軽量にもしうるステージ装
置に関する。また、そのようなステージ装置を有する露
光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、光露光機のステージ装置として
は、いわゆるＨ型あるいはＩ型ＸＹステージ装置が主に
用いられている。これらのステージ装置は、ある方向に
平行に延びる２本の固定ガイド間に移動ガイドを掛け渡
し、該移動ガイド上で自走式のステージを走らせるもの
である。２本の固定ガイドと移動ガイドの形がアルファ
ベットのＨやＩの形をしているので、この名前が付けら
れている。このステージ装置の各軸の駆動アクチュエー
タには、最近一般的にはリニアモータが用いられる。こ
のステージ装置は、装置が簡単で、小型・軽量・高効率
を期待できる。なお、Ｈ型ステージは両軸が長ストロー
クのウェハステージに、Ｉ型ステージは一方向のみ長ス
トロークのレチクルステージに用いられることが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のＨ型・Ｉ型ステ
ージ装置を、電子線露光装置中でマスクステージやウェ
ハステージとして用いようとすると、移動ガイド上で自
走する側の軸のリニアモータについては、固定子も可動
子も動くため、露光中の磁場変動が問題となる。この対
策として、リニアモータの磁気を磁気シールドで遮蔽す
ることも考えられるが、その場合は装置の構造が複雑に
なる。
【０００４】他の代替案として、いわゆる十字型ステー
ジ装置がある。つまり、Ｘ及びＹ方向のいずれにも２本
の平行固定ガイドを設け、その間に十字型に交差する移
動ガイドを互いにスライド可能に設け、移動ガイドの交
差点上にステージを搭載する。そして、リニアモータを
構成する永久磁石と電機子コイルの内、変動磁場の大き
い永久磁石をＸＹ両軸とも固定子として定盤上に固定
し、変動磁場の比較的少ない電機子コイルを可動子とす
れば、露光中の変動磁場を低減できる。しかしながら、
この十字型ステージ装置は、上述のＨ型ステージとＩ型
ステージとを中央で連結したような形態であって、装置
が大型になる。
【０００５】さらに、他の代替案として２自由度リニア
モータを用いるステージ装置がある。２自由度リニアモ
ータとは、平面的に広く配置された固定子に沿って移動
子が２方向に運動可能なリニアモータである。しかし、
この２自由度リニアモータは、特殊な構成をしており、
高価である。
【０００６】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方向の与圧をか
けるタイプのステージ装置が開示されている。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方向の与圧を与えるも
のである。この装置では、移動テーブル等の重量を定盤
で直接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、比較的、装置を軽量化しうる。し
かし、真空中ではバキュームによるプリロードがかけら
れないため、ステージの剛性を高めたい場合には、空気
軸受を多数配置する必要があり、ステージ構造が複雑に
なってしまう。また、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。
【０００７】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、磁場の乱れが少なく、装置を小型・軽
量にもしうるステージ装置等を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【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、 ある平面（ＸＹ平面）
内で移動し、比較的粗く位置決めされるＸＹ粗動ステー
ジと、 該ステージ上に搭載され、前記平面内の２方向
（Ｘ方向、Ｙ方向））及び該平面と交差する１方向（Ｚ
方向）、並びに、各方向軸回り（θX、θY、θZ）の合
計６自由度を有する微動テーブルと、 を具備すること
を特徴とする。
【０００９】ＸＹ粗動ステージで比較的粗く位置決め制
御を行い、６自由度微動テーブルで細かな位置決めを行
うことにより、より正確・高速にウェハＷの位置決めを
行うことができる。
【００１０】前記ステージ装置においては、 前記粗動
ステージを駆動するアクチュエータがいずれもエアシリ
ンダであることが好ましい。エアシリンダを用いること
で、磁場変動をほとんど発生させずにテーブルを駆動で
きる。
【００１１】前記ステージ装置においては、 前記粗動
ステージを駆動するアクチュエータがいずれも超音波ア
クチュエータとすることもできる。超音波アクチュエー
タを用いることで、磁場変動をほとんど発生させずにテ
ーブルを駆動できる。
【００１２】前記ステージ装置においては、 前記微動
テーブルが、前記ステージに対して、パラレルリンク機
構を介して支持されていることもできる。微動テーブル
の支持機構としてパラレルリンク機構を用いることによ
り、テーブルを高剛性且つ高速に駆動することができ
る。
【００１３】前記ステージ装置においては、 前記ＸＹ
粗動ステージが、 前記ＸＹ平面内においてある方向に
延びる２つの固定ガイドと、 各固定ガイド上をガイド
されてスライドする２つの第１スライダと、 該第１ス
ライダの駆動機構と、 両第１スライダ間に掛け渡され
た、他の方向に延びる移動ガイドと、 該移動ガイド上
をガイドされてスライドする第２スライダと、 該第２
スライダの駆動機構と、 該第２スライダに搭載された
ステージと、 を有し、 前記第１スライダの駆動機構
のアクチュエータがリニアモータであり、 前記第２ス
ライダの駆動機構のアクチュエータが非電磁力アクチュ
エータであることもできる。
【００１４】移動ガイドとともに第２スライダの駆動機
構が移動してもアクチュエータが非電磁力式であるため
変動磁場が生じない。
【００１５】前記ステージ装置においては、 前記粗動
ＸＹステージが、前記第１スライダの駆動軸をスキャン
軸とし、前記第２スライダの駆動軸をステップ軸とす
る、いわゆるＨ型ステージとすることもできる。
【００１６】前記ステージ装置においては、 前記粗動
ＸＹステージが、前記第１スライダの駆動軸をステップ
軸とし、前記第２スライダの駆動軸をスキャン軸とす
る、いわゆるＩ型ステージとすることもできる。
【００１７】本発明の露光装置は、 所望のパターンが
形成されたマスクを載置するマスクステージと、 前記
マスクにエネルギ線照明を当てる照明光学系と、 前記
パターンを転写する感応基板を載置する感応基板ステー
ジと、 前記マスクを通過したエネルギ線を前記感応基
板上に投影結像させる投影光学系と、 を具備し、露光
中に、前記平面内におけるある方向に前記両ステージを
スキャンする露光装置であって； 前記マスクステージ
及び／又は感応基板ステージが上述のステージ装置であ
ることを特徴とする。
【００１８】
【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
ステージ装置を搭載可能な荷電粒子ビーム（電子線）露
光装置について説明する。なお、本発明に係るステージ
装置は、大気中で使用することもでき、荷電粒子ビーム
露光装置に限らず、様々な用途に使用できる。
【００１９】図４は、本発明の実施の形態に係るステー
ジ装置を搭載可能な荷電粒子ビーム（電子線）露光装置
を模式的に示す図である。図４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（真空チャンバ）１０１が示されて
いる。光学鏡筒１０１には真空ポンプ１０２が接続され
ており、光学鏡筒１０１内を真空排気している。
【００２０】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、コンデンサレンズ１０４ａや電
子線偏向器１０４ｂ等を含む照明光学系１０４、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１０４ａによって収束される。
続いて、偏向器１０４ｂにより図の横方向に順次走査
（スキャン）され、光学系１０４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。な
お、図ではコンデンサレンズ１０４ａは一段であるが、
実際の照明光学系には、数段のレンズやビーム成形開口
等が設けられている。
【００２１】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。
【００２２】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。なお、実際には、
図１等に示すように駆動装置１１２はステージ１１１に
組み込まれている。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の側方（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１１３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。マスクステージ１１１の位
置を目標位置とすべく、制御装置１１５からドライバ１
１４に指令が送出され、駆動装置１１２が駆動される。
その結果、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。
【００２３】定盤１１６の下方には、ウェハチャンバ
（真空チャンバ）１２１が示されている。ウェハチャン
バ１２１の側方（図の右側）には、真空ポンプ１２２が
接続されており、ウェハチャンバ１２１内を真空排気し
ている。ウェハチャンバ１２１内には、コンデンサレン
ズ（投影レンズ）１２４ａや偏向器１２４ｂ等を含む投
影光学系１２４、及びウェハWが配置されている。
【００２４】マスクＭを通過した電子線は、コンデンサ
レンズ１２４ａにより収束される。コンデンサレンズ１
２４ａを通過した電子線は、偏向器１２４ｂ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。なお、図ではコンデンサレンズ１２４ａは一段で
あるが、実際には、投影光学系中には複数段のレンズや
収差補正用のレンズやコイルが設けられている。
【００２５】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
す駆動装置１３２が接続されている。なお、実際には、
図１等に示すように駆動装置１３２はステージ１３１に
組み込まれている。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の側方（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。ウェハステージ１３１の位
置を目標位置とすべく、制御装置１１５からドライバ１
３４に指令が送出され、駆動装置１３２が駆動される。
その結果、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。
【００２６】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分解斜
視図である。図１には、ＸＹ平面に広がる定盤１３６
（図４参照）上に設置されているステージ装置１が分解
して示されている。ステージ装置１は、定盤１３６上に
設置されているＸＹ粗動ステージ２と、ＸＹ粗動ステー
ジ２上に設置される６自由度微動テーブル３０と、６自
由度微動テーブル３０上に設置されるウェハテーブル６
０と、で構成される。このステージ装置１は、図４の露
光装置におけるウェハステージ１３１にあたる。
【００２７】定盤１３６の上面の２箇所には、それぞれ
２つのガイド固定部５を介して、Ｙ方向に平行に延びる
２本の固定ガイド６が、互いに平行に固定されている。
この２本の固定ガイド６及びその周辺の部材は、基本的
に同様の構成をしている。各固定ガイド６には、気体軸
受（エアパッド５１、図２参照）を介して、中空のボッ
クス状をしたＹスライダ７がＹ方向に摺動可能に嵌合さ
れている。この固定ガイド６とＹスライダ７とは、エア
シリンダ１６（図２を参照しつつ後述）を構成してお
り、Ｙスライダ７はＹ方向に移動可能となっている。
【００２８】Ｙスライダ７の外面には、Ｙスライダ７の
エアパッドにエアを供給するエア配管８が接続されてい
る。Ｙスライダ７のエアパッドに供給されたエアは、詳
しくは図２を参照しつつ後述するように、固定ガイド６
内に設けられた回収・排気通路等から排気される。さら
に、固定ガイド６の両端部には、Ｙスライダ７内のエア
シリンダ気体室（図２参照）内のエアの圧力を制御する
圧空制御弁２７が配置されている。この例では、圧空制
御弁２７は、ＶＣＭ（ボイス・コイル・モータ）で駆動
されるサーボ弁である。この圧空制御弁２７は、その圧
力伝播遅れを小さくするため、エアシリンダ１６に近接
して配置することが好ましい。
【００２９】両Ｙスライダ７間には、Ｘ方向に延びる移
動ガイド２１が掛け渡されている。移動ガイド２１に
は、気体軸受（エアパッド５１、図２参照）を介して、
中空のボックス状をしたＸスライダ２５がＸ方向に摺動
可能に嵌合されている。この移動ガイド２１とＸスライ
ダ２５とは、エアシリンダ２８（図２を参照しつつ後
述）を構成しており、Ｘスライダ２５はＸ方向に移動可
能となっている。なお、エアシリンダ２８の基本的な構
成は、図２に詳しく示すエアシリンダ１６と同様であ
る。
【００３０】Ｘスライダ２５の両側面の下部には、フラ
ンジ２６が突設されている。各フランジ２６の中央部に
は、ネジ孔２６ａが設けられており、６自由度微動テー
ブル３０が固定される。
【００３１】６自由度微動テーブル３０の下部には、フ
ランジ２６上に固定される微動テーブル脚台３１、３２
が設けられている。各脚台３１、３２には、貫通孔３１
ａ、３２ａが設けられており、図示せぬネジによりフラ
ンジ２６上に固定される。
【００３２】図の手前側の脚台３１上には、Ｚ方向にハ
の字型に２つのピエゾアクチュエータ４１、４２が設け
られている。一方、図の奥側の脚台３２上には、Ｚ方向
に平行に２つのピエゾアクチュエータ４３、４４が設け
られている。また、脚台３２上には、Ｚ方向に延びるア
クチュエータ固定部材３３が設けられており、アクチュ
エータ固定部材３３の上方の側面には、ＸＹ平面にハの
字型に広がるピエゾアクチュエータ４５、４６が設けら
れている。ピエゾアクチュエータ４１〜４６の先端に
は、ほぼ三角形の平板状の三角テーブル３４が固定され
ている。三角テーブル３４には、軽量化を図るため、３
つの貫通孔３４ａ、３４ｂ、３４ｃ（図３参照）が開け
られている。三角テーブル３４の３つの頂点付近には、
それぞれネジ孔３５ａ、３５ｂ、３５ｃが設けられてお
り、ウェハテーブル６０が固定される。
【００３３】ウェハテーブル６０の端の３箇所には、３
個のネジ孔６１ａ、６１ｂ、６１ｃが設けられており、
図示せぬネジにより三角テーブル３４上に固定される。
ウェハテーブル６０上の中央部には、静電チャック１３
０（図４参照）が取り付けられており、ウェハＷを固定
している。ウェハテーブル６０上のウェハＷの脇の２箇
所には、ウェハテーブル６０のＸ・Ｙ方向の位置を確認
するためのマークプレート６６が載置されている。ウェ
ハテーブル６０の端面の２箇所には、移動鏡６７ａ、６
７ｂが設置されている。移動鏡６７ａ、６７ｂの外側の
側面は高精度に研磨されており、図４に示したレーザ干
渉計１３３等の反射面として利用される。
【００３４】続いて、図２を参照しつつ、エアシリンダ
１６の構成について説明する。図２は、図１のステージ
装置のエアシリンダ部（固定ガイド及びＹスライダ）の
構成を示す側面断面図である。固定ガイド６には、中空
のボックス状をしたＹスライダ７が嵌合されている。こ
の固定ガイド６とＹスライダ７とは、エアシリンダ１６
を構成しており、Ｙスライダ７はＹ方向に移動可能とな
っている。
【００３５】Ｙスライダ７両端部の内面は固定ガイド６
との摺動面となっており、エアパッド５１が付設されて
いる。エアパッド５１は、Ｙスライダ７の両端部付近の
摺動面の上下及び両側面（図示せず）に付設されてい
る。エアパッド５１には、図１にも示したエア配管８か
らエアが供給される。エアパッド５１の周囲には、順に
大気開放ガードリング５２、低真空排気ガードリング５
３、高真空排気ガードリング５５が設けられている。固
定ガイド６内には、ガードリング５２、５３、５５から
気体を回収・排気するための通路（図示せず）も形成さ
れている。
【００３６】固定ガイド６のほぼ中央には、しきり板６
ｅ、６ｆが設けられている。Ｙスライダ７の中央部は、
しきり板６ｅ、６ｆにより、２つの気体室７ａ、７ｂに
分割されている。固定ガイド６内には、Ｙスライダ７の
気体室７ａ、７ｂに気体を供給するための通路６ａが破
線で示されている。通路６ａの両端部には、圧空制御弁
２７が設けられており、気体室７ａ、７ｂに供給する気
体の圧力を制御する。隣り合う気体室の圧力に差をつけ
ることにより、Ｙスライダ７をＹ方向に駆動する。例え
ば、気体室７ａの圧力を気体室７ｂ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７ａの図の左方の壁が押さ
れ、Ｙスライダ７が固定ガイド６上を相対的に図の左方
向に移動する。
【００３７】続いて、上述のステージ装置１の微動テー
ブル３０について詳しく説明する。図３は、ステージ装
置の微動テーブルの構成を示す図である。図３（Ａ）は
正面図であり、図３（Ｂ）は平面図であり、図３（Ｃ）
は背面図であり、図３（Ｄ）は側面図である。
【００３８】この微動テーブル３０は、図３（Ｂ）に示
すように、ほぼ２等辺三角形状の三角テーブル３４と、
その頂部を支持する６本のピエゾアクチュエータ４１〜
４６と、各ピエゾアクチュエータ４１〜４６の下部を支
えるＹ方向両端部２箇所の脚台３１、３２とから主に構
成されている。
【００３９】図３（Ａ）には、微動テーブル３０の頂点
側の側面と微動テーブル脚台３１が示されている。脚台
３１上には、ＺＸ面の斜め方向にハの字型に延びる２個
のピエゾアクチュエータ４１、４２が立設されている。
ピエゾアクチュエータ４１、４２の先端は、三角形の平
板状の三角テーブル３４に接続されている。ピエゾアク
チュエータ４１、４２の両端部は、図示せぬピン等によ
り脚台３１及び三角テーブル３４に回動可能に係止され
ている。
【００４０】脚台３１上には、Ｚ・Ｘ方向に延びるＬ字
型のセンサアーム３６が設けられている。センサアーム
３６の先端部には、静電容量式の位置センサ３６ａが設
けられている。同センサ３６ａの上面と三角テーブル３
４の間には、わずかな隙間があり、三角テーブル３４側
には図示せぬセンサプレートが設けられている。また、
センサアーム３６の先端の側面には、同じく静電容量式
の位置センサ３６ｂが設けられており、三角テーブル３
４側にはセンサ３６ｂに対向するように図示せぬセンサ
プレートが設けられている。
【００４１】図３（Ｃ）には、底辺側の微動テーブル３
０の側面と微動テーブル脚台３２が示されている。脚台
３２上面のＸ方向両端部には、Ｚ方向に平行に立ち上が
る２個のピエゾアクチュエータ４３、４４が立設されて
いる。これらのピエゾアクチュエータ４３、４４の先端
には、三角テーブル３４が接続されている。ピエゾアク
チュエータ４３、４４は、図示せぬピン等により脚台３
２及び三角テーブル３４に回動可能に係止されている。
【００４２】図３（Ｂ）、（Ｃ）に分りやすく示すよう
に、脚台３２上には、Ｚ方向に延びるアクチュエータ固
定部材３３が立設されている。アクチュエータ固定部材
３３の上方には、ＸＹ平面にハの字型に広がるようにピ
エゾアクチュエータ４５、４６が設けられている。ピエ
ゾアクチュエータ４５、４６の先端には、三角テーブル
３４が接続されている。ピエゾアクチュエータ４５、４
６は、図示せぬピン等によりアクチュエータ固定部材３
３及び三角テーブル３４に回動可能に係止されている。
【００４３】図３（Ｂ）、（Ｄ）に詳しく示すように、
脚台３２上には、Ｚ方向に延びるセンサアーム３７も立
設されている。センサアーム３７の上面には、静電容量
式の位置センサ３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄが設け
られており、三角テーブル３４側には各センサ３７ａ、
３７ｂ、３７ｃ、３７ｄに対向するように図示せぬセン
サプレートが設けられている。
【００４４】上述のセンサ３６ａ、３７ａ、３７ｄを用
いて、三角テーブル３４のＺ方向、θX方向、θY方向位
置を測定することができる。また、センサ３６ｂ、３７
ｃを用いて、三角テーブル３４のＸ方向、θZ方向位置
を測定することができる。さらに、センサ３７ｂを用い
て、三角テーブル３４のＹ方向位置を測定することがで
きる。
【００４５】上述のピエゾアクチュエータ４１、４２、
４３、４４を同じ長さだけ伸縮させることにより三角テ
ーブル３４をＺ方向に駆動できる。また、ピエゾアクチ
ュエータ４１、４２、４３、４４をほとんど固定し、ピ
エゾアクチュエータ４５、４６を伸縮させることにより
三角テーブル３４をＹ方向に駆動できる。さらに、ピエ
ゾアクチュエータ４３、４４をほとんど固定し、ピエゾ
アクチュエータ４１、４２、４５、４６を伸縮させるこ
とにより三角テーブル３４をＸ方向に駆動できる。な
お、独立に駆動させるためには、６つのアクチュエータ
の全てを動かすことが好ましい。
【００４６】例えば、ピエゾアクチュエータ４３、４
４、４５、４６をほとんど固定し、ピエゾアクチュエー
タ４１、４２を伸縮させることにより三角テーブル３４
をθX方向に駆動できる。また、例えば、ピエゾアクチ
ュエータ４１、４４を縮め、ピエゾアクチュエータ４
２、４３を伸ばすことにより三角テーブル３４をθY方
向の正方向に駆動できる。さらに、ピエゾアクチュエー
タ４３、４４をほとんど固定し、ピエゾアクチュエータ
４１、４２、４５、４６を伸縮させることにより三角テ
ーブル３４をθZ方向に駆動できる。上述のように、ピ
エゾアクチュエータ４１〜４６を伸縮させることによ
り、三角テーブル３４を６自由度で（Ｘ、Ｙ、Ｚ、
θX、θY、θZ）駆動できる。
【００４７】上述のように、この例のステージ装置１に
おいては、Ｘ方向及びＹ方向駆動用のエアシリンダ２
８、１６を備えたＸＹ粗動ステージ２を用いて、磁場変
動をほとんど発生させずに、テーブル３０をＸ方向及び
Ｙ方向に位置決めできる。また、ＸＹ粗動ステージ２上
に設けられた６自由度微動テーブル３０を駆動すること
により、ウェハＷの正確な位置決めを行うことができ
る。さらに、この例のステージ装置１においては、ピエ
ゾアクチュエータ４１〜４６で位置決めされる三角テー
ブル３４の近くに位置センサを設けたことにより、応答
速度を向上させることができ、ピエゾアクチュエータの
非線形特性を補正できる。
【００４８】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５は、本発明の第２の
実施の形態に係るステージ装置を構成するＸＹ粗動ステ
ージを示す斜視図である。この例のＸＹ粗動ステージ
は、Ｘ方向及びＹ方向駆動用のアクチュエータがいずれ
も超音波アクチュエータで構成されている例である。
【００４９】図５には、ＸＹ平面に広がる定盤１３６
（図４参照）上に設置されているＸＹ粗動ステージ２′
が示されている。このＸＹ粗動ステージ２′上には、図
１に示したように、６自由度微動テーブル３０及びウェ
ハテーブル６０が設置される。
【００５０】定盤１３６の上面の２箇所には、それぞれ
２つのガイド固定部５を介して、Ｙ方向に平行に延びる
２本の固定ガイド６′が対向するように固定されてい
る。この２本の固定ガイド６′及びその周辺の部材は、
基本的に同様の構成をしている。各固定ガイド６′に
は、中空のボックス状をしたＹスライダ７′がＹ方向に
摺動可能に嵌合されている。この固定ガイド６′とＹス
ライダ７′とは、超音波アクチュエータ１６′を構成し
ており、Ｙスライダ７′はＹ方向に駆動可能となってい
る。Ｙスライダ７′の側面には、超音波アクチュエータ
１６′に電力を供給するための配線８′が設けられてい
る。
【００５１】両Ｙスライダ７′間には、Ｘ方向に延びる
移動ガイド２１′が掛け渡されている。移動ガイド２
１′には、中空のボックス状をしたＸスライダ２５′が
Ｘ方向に摺動可能に嵌合されている。この移動ガイド２
１′とＸスライダ２５′とは、超音波アクチュエータ２
８′を構成しており、Ｘスライダ２５′はＸ方向に駆動
可能となっている。なお、超音波アクチュエータ２８′
の基本的な構成は、超音波アクチュエータ１６′と同様
である。Ｘスライダ２５′の側面には、超音波アクチュ
エータ２８′に電力を供給するための配線８′が設けら
れている。
【００５２】Ｘスライダ２５′の両側面の下部には、フ
ランジ２６が突設されている。各フランジ２６の中央部
には、ネジ孔２６ａが設けられており、６自由度微動テ
ーブル３０（図１等参照）が固定される。
【００５３】上述のように、この例のステージ装置にお
いては、Ｘ方向及びＹ方向駆動用の超音波アクチュエー
タ２８′、１６′を備えたＸＹ粗動ステージ２′を用い
て、磁場変動をほとんど発生させずに、テーブル３０等
をＸ方向及びＹ方向に位置決めできる。また、ＸＹ粗動
ステージ２′上に設けられる６自由度微動テーブル３０
を駆動することにより、ウェハＷの正確な位置決めを行
うことができる。
【００５４】次に、本発明の第３の実施の形態に係るス
テージ装置について説明する。図６は、本発明の第３の
実施の形態に係るステージ装置を構成する６自由度微動
テーブルを示す斜視図である。この例の６自由度微動テ
ーブルは、駆動アクチュエータにパラレルリンク機構を
用いる例である。
【００５５】図６には、移動ガイド２１（図１参照）
と、移動ガイド２１をスライドするＸスライダ２５（図
１参照）が示されている。Ｘスライダ２５上には、６自
由度微動テーブル３０′が設置されている。
【００５６】Ｘスライダ２５上には、ある厚さを有する
平板状をしたアクチュエータ固定プレート７７ａが設け
られている。アクチュエータ固定プレート７７ａ上に
は、図示せぬ球面軸受を介して、２本のアクチュエータ
７１、７２が回動可能に係止されている。Ｘスライダ２
５上には、また、ある厚さを有する平板状をしたアクチ
ュエータ固定プレート７７ｂが設けられている。アクチ
ュエータ固定プレート７７ｂ上には、図示せぬ球面軸受
を介して、４本のアクチュエータ７３、７４、７５、７
６が回動可能に係止されている。アクチュエータ７１〜
７６には、ピエゾアクチュエータ等を用いることができ
る。
【００５７】ここで、アクチュエータ７１と７６、アク
チュエータ７２と７５、アクチュエータ７３と７４は、
それぞれ平行に配置されており、パラレルリンク機構を
構成している。
【００５８】６本のアクチュエータ７１〜７６の上端に
は、図示せぬ球面軸受を介して、想像線で示されている
三角テーブル３４′が固定されている。６本のアクチュ
エータ７１〜７６を伸縮させることにより、三角テーブ
ル３４′を６自由度で（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θX、θY、θZ）
駆動できる。なお、図示はしないが、三角テーブル３
４′付近には、複数の静電容量式の位置センサが配置さ
れており、三角テーブル３４′の位置を測定する。
【００５９】上述のように、この例のステージ装置にお
いては、微動テーブルの駆動アクチュエータにパラレル
リンク機構を用いるため、テーブルを高剛性で高速に駆
動することができる。
【００６０】次に、本発明の第４の実施の形態に係るス
テージ装置について説明する。図７は、本発明の第４の
実施の形態に係るステージ装置を構成するＸＹ粗動ステ
ージを示す斜視図である。図８は、同ステージ装置のリ
ニアモータ部の断面図である。この例のＸＹ粗動ステー
ジは、Ｙ方向駆動用アクチュエータにリニアモータを用
い、Ｘ方向駆動用アクチュエータにエアシリンダを用い
る例である。つまり、このＸＹ粗動ステージは、平行に
２本配置されたリニアモータでスキャン制御を行い、エ
アシリンダでステップ制御を行う、いわゆるＨ型ステー
ジである。
【００６１】図７には、ガイド固定部８５を介して、定
盤１３６（図４参照）上に固定された２本の固定ガイド
８６が示されている。この２本の固定ガイド８６及びそ
の周辺の部材は、互いに基本的に同じ構成である。各固
定ガイド８６には、気体軸受（エアパッド５１、図２参
照）を介して、中空のボックス状をしたＹスライダ８７
がＹ方向に摺動可能に嵌合されている。この例のステー
ジ装置では、Ｙスライダ８７側にエアパッドやガードリ
ング（溝）が形成されており、固定ガイド８６側にエア
の回収・排気を行う通路が形成されている。
【００６２】各Ｙスライダ８７の外側の側面には、ある
厚さを有する平板状をした可動子固定プレート８１が取
り付けられている。可動子固定プレート８１の内側の側
面の上下には、ＸＺ断面において横たわったＴ字型をし
たＹ方向に延びるコイルジョイント８２がステージ内側
に向けて突設されている。コイルジョイント８２の先に
は、長方形の平板状をした可動子コイル８９（図８のみ
図示）が設けられている。
【００６３】各Ｙスライダ８７の上下には、それぞれ固
定子８３がある隙間をもって配置されている。固定子８
３は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系等の永久磁石がＳＮ交互に配列
されたものである。固定子８３はＹ方向に延びる帯状を
しており、そのＸＺ断面は平たいコの字型をしており、
そのコの字の中央の溝８３ａ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。上下の固定子８３のＹ方
向両端部には、図７に示すように、コの字型をした固定
子固定部材８４が設けられており、両固定子８３を定盤
１３６に固定している。
【００６４】上述の各可動子コイル８９は、それぞれに
対応する固定子８３の溝８３ａの中に入り込んでおり、
該コイル８９と固定子８３はＹ方向駆動用のリニアモー
タ８８を形成する。なお、Ｙスライダ８７の上下２つの
リニアモータ８８の駆動力の合点は、Ｙスライダ８７の
重心位置とほぼ一致しているので、Ｙスライダ８７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。
【００６５】両Ｙスライダ８７間には、図１のステージ
装置と同様に、Ｘ方向に延びる移動ガイド２１が掛け渡
されている。移動ガイド２１には、気体軸受（エアパッ
ド５１、図２参照）を介して、中空のボックス状をした
Ｘスライダ２５がＸ方向に摺動可能に嵌合されている。
この移動ガイド２１とＸスライダ２５とは、エアシリン
ダ２８（図２参照）を構成しており、Ｘスライダ２５は
Ｘ方向に駆動可能となっている。
【００６６】Ｘスライダ２５の両側面の下部には、フラ
ンジ２６が突設されている。各フランジ２６の中央部に
は、ネジ孔２６ａが設けられており、６自由度微動テー
ブル３０（図３参照）が固定される。
【００６７】続いて、この例のＸＹ粗動ステージの速度
制御方法について説明する。図９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９には、図７に示したステージ装置のリニアモー
タ８８の駆動系、エアシリンダ２８の駆動系、ステージ
装置のメカ系のブロック線図が示されている。
【００６８】リニアモータ８８の駆動系には、順にＰＩ
Ｄコントローラ８８ａ、リニアモータアンプの一次遅れ
要素８８ｂ、比例要素Ｋｆが示されている。ここで、Ｐ
ＩＤコントローラ８８ａ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
きく設定すれば、細かな位置制御を行うことができ、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
に有用である。また、リニアモータアンプの一次遅れ要
素８８ｂ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。
【００６９】エアシリンダ２８の駆動系には、順にＰＩ
Ｄコントローラ２８ａ、エアシリンダのバルブアンプの
一次遅れ要素２８ｂ、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２８ｃが示
されている。ここで、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れば、短時間で目標速度と実際
の速度との偏差をほぼ無くすことができ、ステージの加
減速時に有用である。また、エアシリンダのバルブアン
プの一次遅れ要素２８ｂ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。
【００７０】ステージ装置のメカ系には、順に慣性系９
２ａ、加速度積分系９２ｂ、速度積分系９２ｃが示され
ている。
【００７１】図９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９１aを通過し、リニアモータ８
８の駆動系とエアシリンダ２８の駆動系の双方に伝送さ
れる。リニアモータ８８の駆動系及びエアシリンダ２８
の駆動系からは、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９１ｂで足し合わされてステージ装置のメカ
系に入力される。なお、加え合わせ点９１ｂ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
系の加速度積分系９１ｂから出力された速度値Ｖ_act
は、加え合わせ点９１aに入力され、フィードバック回
路が形成されている。
【００７２】この実施の形態においては、上述のよう
に、リニアモータ８８の駆動系とエアシリンダ２８の駆
動系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、より高速・正確な位置決めを行えるハイブリ
ッド制御を実現する。
【００７３】次に、本発明の第５の実施の形態に係るス
テージ装置について説明する。図１０は、本発明の第５
の実施の形態に係るステージ装置を構成するＸＹ粗動ス
テージを示す平面図である。この例のＸＹ粗動ステージ
は、Ｙ方向駆動用アクチュエータにエアシリンダを用
い、Ｘ方向駆動用アクチュエータにリニアモータを用い
る例である。つまり、このＸＹ粗動ステージは、平行に
２本配置されたリニアモータでステップ制御を行い、エ
アシリンダでスキャン制御を行う、いわゆるＩ型ステー
ジである。なお、この例のＸＹ粗動ステージの構成の大
部分は、図７に示したステージと同様であるが、スキャ
ン軸（Ｙ軸）の可動距離をより長くし、ステップ軸（Ｘ
軸）の可動距離を比較的短くしてある。
【００７４】図１０には、ガイド固定部８５′を介し
て、定盤１３６（図４参照）上に固定されたＸ方向に平
行に延びる２本の固定ガイド８６′が示されている。こ
の固定ガイド８６′は、図７の固定ガイド８６より短
い。固定ガイド８６′には、気体軸受（エアパッド５
１、図２参照）を介して、中空のボックス状をしたＸス
ライダ８７′がＸ方向に摺動可能に嵌合されている。こ
の固定ガイド８６′とＸスライダ８７′とは、リニアモ
ータ８８′（図８参照）を構成しており、Ｘスライダ８
７´はＸ方向（スキャン軸）に駆動可能となっている。
【００７５】両Ｘスライダ８７′間には、Ｙ方向に延び
る移動ガイド２１′′が掛け渡されている。移動ガイド
２１′′には、気体軸受（エアパッド５１、図２参照）
を介して、中空のボックス状をしたＹスライダ２５′′
がＹ方向に摺動可能に嵌合されている。この移動ガイド
２１′′とＹスライダ２５′′とは、エアシリンダ２
８′′（図２参照）を構成しており、Ｙスライダ２
５′′はＹ方向（ステップ軸）に駆動可能となってい
る。
【００７６】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等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、以下のように
様々な変更を加えることができる。 （１）上述のステージ装置は、マスクステージ１１１
（図４参照）にも適用できる。この場合は、移動ガイド
２１（図１参照）を平行に２本配置し、その間に電子ビ
ームを通過させることもできるし、移動ガイド２１に片
持ちのテーブルを張り出させ、マスクを載置することも
できる。
【００７７】
【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、磁場の乱れが少なく、装置を小型・軽量・高
効率にできる。
【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
の全体構成を示す分解斜視図である。
【図２】ステージ装置のＸＹ粗動ステージのエアシリン
ダ部の構成を示す側面断面図である。
【図３】ステージ装置の微動テーブルの構成を示す展開
図である。図３（Ａ）は微動テーブル３０の正面図であ
り、図３（Ｂ）は平面図であり、図３（Ｃ）は背面図で
あり、図３（Ｄ）は側面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るステージ装置を搭載
可能な荷電粒子ビーム（電子線）露光装置を模式的に示
す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るステージ装置
を構成するＸＹ粗動ステージを示す斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るステージ装置
を構成する６自由度微動テーブルを示す斜視図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係るステージ装置
を構成するＸＹ粗動ステージを示す斜視図である。
【図８】同ステージ装置のリニアモータ部の断面図であ
る。
【図９】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１０】本発明の第５の実施の形態に係るステージ装
置を構成するＸＹ粗動ステージを示す平面図である。
【符号の説明】
Ｗ ウェハ １ ステージ装置 ２ ＸＹ粗動ステージ ６ 固定ガイド ７ Ｙスライダ １６、２８ エアシリンダ ２１ 移動ガイド ２５ Ｘスライダ ２７ 圧空制御弁 ３０ ６自由度微動テーブル ３４ 三角テーブル ４１〜４６ ピエゾアクチュエータ ６０ ウェハテーブル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F078 CA02 CA08 CB05 CB13 5F031 CA02 CA07 HA16 HA53 JA06 JA09 JA14 JA17 JA32 JA38 KA06 KA07 KA08 LA03 LA06 LA07 LA08 LA10 LA15 LA16 MA27 NA05 5F046 CC01 CC02 CC03 CC05 CC06 CC18 CC19 5F056 EA14

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ある平面（ＸＹ平面）内で移動し、比較
    的粗く位置決めされるＸＹ粗動ステージと、 該ステージ上に搭載され、前記平面内の２方向（Ｘ方
    向、Ｙ方向））及び該平面と交差する１方向（Ｚ方
    向）、並びに、各方向軸回り（θX、θY、θZ）の合計
    ６自由度を有する微動テーブルと、 を具備することを特徴とするステージ装置。
  2. 【請求項２】 前記粗動ステージを駆動するアクチュエ
    ータがいずれもエアシリンダである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】 前記粗動ステージを駆動するアクチュエ
    ータがいずれも超音波アクチュエータであることを特徴
    とする請求項１記載のステージ装置。
  4. 【請求項４】 前記微動テーブルが、前記ステージに対
    して、パラレルリンク機構を介して支持されていること
    を特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のステージ
    装置。
  5. 【請求項５】 前記ＸＹ粗動ステージが、 前記ＸＹ平面内においてある方向に延びる２つの固定ガ
    イドと、 各固定ガイド上をガイドされてスライドする２つの第１
    スライダと、 該第１スライダの駆動機構と、 両第１スライダ間に掛け渡された、他の方向に延びる移
    動ガイドと、 該移動ガイド上をガイドされてスライドする第２スライ
    ダと、 該第２スライダの駆動機構と、 該第２スライダに搭載されたステージと、 を有し、 前記第１スライダの駆動機構のアクチュエータがリニア
    モータであり、 前記第２スライダの駆動機構のアクチュエータが非電磁
    力アクチュエータであることを特徴とする請求項１記載
    のステージ装置。
  6. 【請求項６】 前記粗動ＸＹステージが、前記第１スラ
    イダの駆動軸をスキャン軸とし、前記第２スライダの駆
    動軸をステップ軸とする、いわゆるＨ型ステージである
    ことを特徴とする請求項５記載のステージ装置。
  7. 【請求項７】 前記粗動ＸＹステージが、前記第１スラ
    イダの駆動軸をステップ軸とし、前記第２スライダの駆
    動軸をスキャン軸とする、いわゆるＩ型ステージである
    ことを特徴とする請求項５記載のステージ装置。
  8. 【請求項８】 所望のパターンが形成されたマスクを載
    置するマスクステージと、 前記マスクにエネルギ線照明を当てる照明光学系と、 前記パターンを転写する感応基板を載置する感応基板ス
    テージと、 前記マスクを通過したエネルギ線を前記感応基板上に投
    影結像させる投影光学系と、 を具備し、 露光中に、前記平面内におけるある方向に前記両ステー
    ジをスキャンする露光装置であって；前記マスクステー
    ジ及び／又は感応基板ステージが請求項１〜７いずれか
    １項記載のステージ装置であることを特徴とする露光装
    置。
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