JP2003217998A - 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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JP2003217998A
JP2003217998A JP2002009490A JP2002009490A JP2003217998A JP 2003217998 A JP2003217998 A JP 2003217998A JP 2002009490 A JP2002009490 A JP 2002009490A JP 2002009490 A JP2002009490 A JP 2002009490A JP 2003217998 A JP2003217998 A JP 2003217998A
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mover
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Seibun Ri
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70716Stages
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 露光中の固定子の移動を抑えて同固定子の移
動による磁場変動を防ぎ、高精度で移動・位置決めでき
るステージ装置及びそのようなステージ装置を搭載した
露光装置を提供する。 【解決手段】 露光装置1のレチクルステージ装置15
及びウェハステージ装置25の固定ガイド19、29
は、ステージ21、31の駆動反力を受けるリアクショ
ンバーユニット33を具備する。リアクションバーユニ
ット33は、ダンパと、固定ガイド19、29の位置を
調整するアクチュエータ49とを有する。ステップ動作
の間のステージ21、31の加減速運動中は、加減速に
よる反力をリアクションバーユニット33を介してフレ
ーム35に逃がす。スキャン露光中は、リアクションバ
ーユニット33のアクチュエータ49を駆動して固定ガ
イド19、29の位置変動を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウェハ(感応基
板)やレチクル(マスク、パターン原版)等を移動・位
置決めするステージ装置、並びに、それを有する露光装
置に関する。特には、レチクルとウェハとをスキャンし
ながら投影転写する露光装置において、ステージの駆動
反力処理に改良を加えた露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ウェハ
上に半導体デバイスパターンを形成する投影露光装置と
して、原版パターンが形成されたレチクルと、原版パタ
ーンが転写されるウェハを同期走査しながら、原版パタ
ーンをウェハ上に投影転写(スキャン露光)する装置が
ある。このような装置は、ウェハやレチクルを高速で移
動させて位置決めするステージ装置を備え、レチクルス
テージとウェハステージを移動させて転写すべき露光領
域を投影光学系の光軸上に位置決めするステップ動作
と、レチクルステージ装置とウェハステージ装置を同期
移動させながら走査露光するスキャン動作を繰り返す。
このステージ装置の動作には、露光装置のスループット
の向上や転写パターン精度の向上の要求に応じて、高速
で正確な移動・位置決めが必要とされる。
【0003】図3は、スキャン露光を行う露光装置の全
体構造の一例を模式的に示す図である。露光装置200
は床面202上に設置されている。同装置200のボデ
ィ203は、防振台(エアマウント、LPF(ローパス
フィルタ))201を介して床面202上に固定されて
いる。ボディ203は門型の構造体であって、両側の柱
部203bと、両柱部203bの上にまたがる梁部20
3aとなからなる。梁部203aの下面には、ボックス
状のウェハチャンバ205が吊り下げられて固定されて
いる。ウェハチャンバ205の底面205a上には、ウ
ェハステージ装置のガイド(固定子)206が、静圧平
面軸受(図示されず)を介して、浮上した状態で支持さ
れている。ガイド206上には、ウェハの移動・位置決
めを行うステージ(移動子)207が静圧平面軸受(図
示されず)を介して搭載されており、同ステージ207
はガイド206の軸方向にガイドされる。
【0004】ボディ203の梁部203aの中央部に
は、投影光学系鏡筒208が設置されている。この投影
光学系鏡筒208の外側の、ボディ203の梁部203
aの上面には、レチクルステージ装置固定台210が設
置されている。固定台210上には、レチクルステージ
装置のガイド211が静圧平面軸受(図示されず)を介
して浮上した状態で支持されている。ガイド211上に
は、レチクルの移動・位置決めを行うステージ212が
静圧平面軸受(図示されず)を介して搭載されており、
同ステージ212はガイド211の軸方向にガイドされ
る。
【0005】ボディ203の梁部203aの上面の最も
外側の部分には、大きなボックス状のレチクルチャンバ
213が固定されている。レチクルチャンバ213は、
レチクルステージ装置212等を覆うとともに、その上
部中央に照明光学系鏡筒214が固定されている。
【0006】上述のウェハステージ装置及びレチクルス
テージ212の駆動機構の一例としては、ステージを高
速かつ非接触で駆動するリニアモータが挙げられる。リ
ニアモータは移動子と固定子で構成され、どちらか一方
にコイル、他方に磁性体が内蔵される。磁性体が移動子
に内蔵されると、移動子の移動により磁性体が移動して
大きな磁場の変動が生じるため、磁性体は一般には固定
子に内蔵される。このようなリニアモータにおいては、
固定子はガイドを介して露光装置メインボディに直結さ
れたベース等に固定される場合(不図示)と、ガイドと
共に非接触静圧平面軸受等を介して浮上して移動可能に
配置される場合(図4参照)がある。前者の、ガイドが
メインボディなどに固定されている場合は、ステージの
加減速時に発生する駆動反力が、リニアモータ固定子か
らガイドを経てボディに伝わり、ボディ及びステージ自
身が振動してしまう。
【0007】後者の場合は、図3に示すように、反力を
受けるとともにガイドの位置を制御するための、水平に
延びる緩衝部材221、222が、ガイド206、21
1の側方に設けられている。緩衝部材221、222
は、ばね、ダンパ、アクチュエータ等を備え、一端がガ
イド206、211に接続し、他端がRFC(Reaction
Force Canceller)223に支持されている。RFC2
23は、太い柱のような構造体で、基端は床面222上
に固定されている。
【0008】ステージ207、212が高速移動する
と、加減速に伴って駆動反力が発生する。駆動反力は、
ガイド206、211から緩衝部材221、222を経
てRFC223に伝わる。したがって、ステージ駆動反
力は、チャンバ205、213や露光装置メインボディ
203に伝わることがないので、光学系208やステー
ジ212、207の振動を防止できる。
【0009】ステージの駆動反力処理方法の他の例とし
ては、いわゆる運動量保存方式(カウンタマス方式)が
ある。この方式では、ステージ駆動用リニアモータの固
定子及びガイド全体を駆動軸方向に移動可能(非拘束)
としておくとともに、駆動軸方向と直交する方向にはエ
アガイド(静圧平面軸受)で非接触案内・支持する。そ
して、リニアモータ移動子及びステージを動かす加減速
力の反力により、リニアモータ固定子・ガイドも自由に
動く(フロートする)ようにしておく。このようにすれ
ば、ステージ駆動反力はステージ装置外に出ず、ステー
ジ装置内部で閉じた反力処理を実現できる。運動量保存
方式の他の利点としては、ステージ装置可動子と固定子
が逆方向に動くので、両部を併せたステージ装置全体の
重心の変動、つまり偏荷重が抑制されることも挙げられ
る。
【0010】しかしながら、リニアモータの移動子と固
定子との間に存在するうず電流による粘性や、ステージ
に接続される各種の電気配線や配管等の変形による抵抗
等が作用して、固定子が所望の位置に移動しないことが
ある。このような不確定な作用による固定子の移動を補
償するため、付加的なアクチュエータを設けることもあ
る。
【0011】電子ビーム露光装置では、部材表面やエア
ガイドから発生するアウトガスの低減や、機構の簡素
化、ステージ装置寸法の最小化を考慮すると、反力処理
機構として運動量保存方式を採用することは問題があ
る。つまり、運動量保存方式とリニアモータを組み合わ
せると、リニアモータの固定子と移動子が両方とも動い
てしまうので、リニアモータの固定子又は移動子のいず
れを永久磁石とした場合にも永久磁石が動くこととな
る。これにより、電子ビーム軌道に有害な漏洩磁場が、
磁気シールドでは抑えきれないほど大きくなる。さら
に、運動量保存方式では、固定子と移動子が反対方向に
動くため、両者の相対的ストロークは長くなり、ステー
ジ装置全体の寸法が大きくなる。電子ビーム露光装置で
は、ステージ装置は真空チャンバ内に収容しなければな
らないため、また空気軸受からのアウトガス低減のた
め、ステージ装置の寸法は極小化の要請が強い。
【0012】以上のような問題点を考慮すれば、磁場発
生源を増やさず、磁場の変動のない、単純な(ノンアク
ティブな)機械式ダンパによる反力処理機構が有力であ
る。
【0013】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、露光中の固定子の移動を抑えて同固定子の
移動による磁場変動を防ぎ、高精度で移動・位置決めで
きるステージ装置及びそのようなステージ装置を搭載し
た露光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】上記課題を解決するた
め、本発明のステージ装置は、 移動子と、 該移動子
を案内するガイドを有する固定子と、 該固定子を移動
可能に支持する固定子支持機構と、 前記固定子にかか
る前記移動子の駆動反力を受けるリアクションバーと、
を具備し、 前記リアクションバーが、ダンパと、前記
固定子の位置を調整するアクチュエータと、を有し、
前記移動子の加減速運動中は、加減速による反力を前記
リアクションバーを介して逃がし、 前記移動子が実質
的に等速運動を行っている間は、前記リアクションバー
のアクチュエータを駆動して前記固定子の位置変動を抑
制することを特徴とする。
【0015】本発明の露光装置は、 感応基板上に転写
露光すべきパターンが形成されたレチクルと前記感応基
板とを同期駆動(スキャン)しながら、前記レチクルに
エネルギ線を照射して前記感応基板上にパターン形成す
るスキャン露光を行う露光装置であって、 前記感応基
板及びレチクルを搭載するステージ装置が、 前記感応
基板又はレチクルが搭載される移動子と、 該移動子を
案内するガイドを有する固定子と、 該固定子を移動可
能に支持する固定子支持機構と、 前記固定子にかかる
前記移動子の駆動反力を受けるリアクションバーと、を
具備し、 前記リアクションバーが、ダンパと、前記固
定子の位置を調整するアクチュエータと、を有し、 前
記移動子の加減速運動中は、加減速による反力を前記リ
アクションバーを介して逃がし、 スキャン露光中は、
前記リアクションバーのアクチュエータを駆動して前記
固定子の位置変動を抑制することを特徴とする。
【0016】ウェハステージ装置及びレチクルステージ
装置のステージ(移動子)を光軸垂直方向(X方向及び
Y方向)に移動させて転写すべき露光領域を投影光学系
の光軸上に位置決めするステップ動作の間は、露光は行
われず、各ステージ装置の移動子が激しい加減速を受け
ながら運動する。この加減速運動中は、リアクションバ
ーのアクチュエータの出力を基本的にはゼロとしてダン
パから反力を逃がし、反力による振動がステージ装置に
及ぼすことを防ぐ。一方、レチクルステージ装置とウェ
ハステージ装置の移動子を一定速度で同期移動させなが
ら走査露光(スキャン露光)する間は、各移動子を駆動
するためのモータの出力はほとんどゼロである。この
間、アクチュエータを作動させて固定子の位置を維持し
ておくことで、固定子の変動による磁場変動を抑えるこ
とができる。これにより、ステージ装置の正確で高精度
な移動・位置決めを行うことができ、スループット及び
露光精度を高めることができる。
【0017】本発明においては、 前記固定子の位置変
動による磁場変動を、センサで計測するかシミュレーシ
ョンにより求め、 該磁場変動が許容値以下となるよ
う、前記固定子の位置変動を抑制することが好ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。図1は、本発明の実施の形態に係る露光装置の構造
を説明する側面図である。露光装置1のウェハチャンバ
3は、ベース5上に防振セット7を介して設置される。
防振セット7は、防振機能を備えたダンパである。この
露光装置1のウェハチャンバ3は、露光装置全体の支持
構造体を兼ねており、その上には支持構造物9が固定さ
れており、支持構造物9上にレチクルチャンバ11が固
定されている。
【0019】レチクルチャンバ11の上部には、照明系
電子鏡筒13が配置されている。同鏡筒13内には、電
子銃やコンデンサレンズ、電子線偏向器等(いずれも図
示されず)が配置されている。レチクルチャンバ11内
の支持構造物9の上面には、レチクルステージ装置15
が搭載されている。レチクルステージ装置15は、支持
構造物上面に固定されたリニアガイド(固定子支持機
構)17と、固定ガイド(固定子)19と、移動ステー
ジ(移動子)21とからなる。固定ガイド19はリニア
ガイド17上に一方向(例えばX方向)に移動可能に支
持されており、移動ステージ21は、固定ガイド19上
に移動可能に支持されている。移動ステージ21上に
は、レチクルを静電的に吸着保持するチャック(図示さ
れず)が設けられている。
【0020】投影系電子鏡筒23は、支持構造物9内と
ウェハチャンバ3とを貫通するように配置され、ウェハ
チャンバ3に固定されている。同鏡筒23内には、投影
レンズや偏向器(いずれも図示されず)が配置されてい
る。ウェハチャンバ3の底面上にはウェハステージ装置
25が搭載されている。ウェハステージ装置25は、ウ
ェハチャンバ3の底面上に固定されたリニアガイド(固
定子支持機構)27と、固定ガイド(固定子)29と、
移動ステージ(移動子)31とからなる。固定ガイド2
9は、リニアガイド27上に一方向(例えばX方向)に
移動可能に支持されており、移動ステージ31は、固定
ガイド29上に移動可能に支持されている。移動ステー
ジ31上には、ウェハを静電的に吸着保持するチャック
(図示されず)が設けられている。
【0021】レチクルステージ装置15及びウェハステ
ージ装置25の駆動機構はリニアモータ(図示されず)
が使用される。リニアモータは移動ステージ21、31
と固定ガイド19、29の間に装備され、リニアモータ
移動子が移動ステージ21、31に内蔵され、リニアモ
ータ固定子が固定ガイド19、29に内蔵されている。
各固定ガイド19、29は、リアクションバーユニット
33を介してベース5上に垂直に固定されたフレーム3
5に結合している。
【0022】図2は、リアクションバーユニットの詳細
な構造を説明する側面断面図である。リアクションバー
ユニット33は、各固定ガイドの側面からX方向に延び
る可動バー37、39の先端に設けられている。同ユニ
ット33の反可動バー側は、同バーと同軸上に延びる固
定バー41、43に接続されている。固定バー41、4
3は、図1に示すように、フレーム35から図の左方向
に延びている。リアクションバーユニット33は、ケー
シング34内に収容されたダンパ付き弾性ユニット4
5、及び、ケーシング34の開口部に設けられたアクチ
ュエータ49を備える。ダンパ付き弾性ユニット45に
は、ダンパ要素47(空気、ER流体、磁性流体、オイ
ル等から構成)、及び、ばね要素48(空気、ER流
体、磁性流体、オイル等から構成)が備えられている。
アクチュエータ49は、電磁式エアシリンダ、電気油圧
制御式エアシリンダ、電気制御式エアシリンダ、ピエゾ
等を使用できる。アクチュエータ49が駆動源(図示さ
れず)により作動すると、可動バー37、39はX方向
へ移動する。この可動バー37、39に駆動されて、同
バー37、39に接続されているステージの固定ガイド
19、29も各々リニアガイド17、27上をX方向へ
移動する。なお、アクチュエータ49は直接フレーム3
5に支持されてもよい。
【0023】再び、図1を参照して説明する。各リアク
ションバーユニット33の可動バー37、39には、そ
れぞれの固定ガイド側の基部に、加速度計測用センサ5
3、54が配置されており、固定ガイド19、29の加
速度を計測する。また、固定バー41、43のフレーム
側の基部にも加速度計測用センサ55、56が配置され
ており、固定バーとフレームの結合部の加速度を計測す
る。これらの加速度計は3方向加速度を計測するもので
ある。さらに、支持構造物9上面のリニアガイド37に
近接する部分には磁気センサ57が備えられており、レ
チクルステージ15近傍の磁場を計測する。また、ウェ
ハチャンバ3底面上のリニアガイド27に近接する部分
にも磁気センサ59が備えられており、ウェハステージ
25近傍の磁場を計測する。
【0024】レチクルチャンバ11内の固定ガイド19
の側方(図の左側)には干渉計61が配置されている。
干渉計61は固定ガイド19の位置を計測する。ウェハ
チャンバ3の側壁(図の左側)内側には干渉計63が配
置されている。そして、この干渉計63とX軸方向に対
向する投影光学系電子鏡筒23の側面には干渉計固定鏡
65aが配置されており、固定ガイド29の側面にも干
渉計固定鏡65bが配置されている。干渉計63と各固
定鏡65a、65bにより、固定ガイド29の位置、及
び、投影光学系電子鏡筒23の位置(振動)が計測され
る。
【0025】露光装置1の動作は、レチクルステージ装
置15及びウェハステージ装置25の移動ステージ2
1、31を光軸垂直方向(X方向及びY方向)に移動さ
せて、レチクル及びウェハを転写すべき露光領域に位置
決めするステップ動作と、レチクルステージ装置15と
ウェハステージ装置25の移動ステージ21、31を等
速で同期移動させながら走査露光するスキャン動作を繰
り返す。ステップ動作中は露光は行われず、各移動ステ
ージ21、31が加減速運転し、レチクル及びウェハを
次の露光領域まで移動させる。加減速運転により発生し
た駆動反力は固定ガイド19、29から可動バー37、
39を経てリアクションバーユニット33のダンパ付き
弾性ユニット45で吸収され、フレーム35に逃がされ
る。この間、リアクションバーユニット33のアクチュ
エータ49は作動させない。固定ガイド19、29はリ
ニアガイド17、27上にX方向に移動可能に支持され
ているため、各固定ガイドは反力を受けてリニアガイド
上を移動する。
【0026】一方、スキャン動作時には、レチクルステ
ージ装置15とウェハステージ装置25の移動ステージ
21、31が、XY面内を反対方向に所定の速度比(一
例で4:1)で等速で同期移動する。この間は、各ステ
ージ装置15、25の移動ステージ21、31には加減
速は加わらないので、リニアモータの駆動力はゼロに近
い。この移動ステージ21、31の等速運転中には、固
定ガイド19、29の位置を検知し、固定ガイド19、
29が基準位置からあまり離れないよう、リアクション
バーユニット33のアクチュエータ49で、固定ガイド
19、29を基準位置に保つ。
【0027】固定ガイドの位置は、以下の方法で検出す
ることもできる。 レチクルステージ装置15の固定ガイド29におい
ては、ウェハチャンバ3に備えられた干渉計63を用
い、同干渉計63と、固定ガイド29の側面に設けられ
た移動鏡65bとの間の距離(移動距離)及び投影系電
子鏡筒23の側面に設けられた固定鏡65aとの間の距
離(参照距離)を側長する。そして、移動距離と参照距
離の差と、初期距離(初期位置での固定ガイドと投影系
電子鏡筒との間の距離)と参照距離との差とを比較し
て、移動後の固定ガイド29のウェハチャンバ3に対す
る変位を計測する。 ウェハステージ装置25の固定ガイド19において
は、レチクルチャンバ11内の支持構造物9上に設けら
れた干渉計61で、基準位置(リニアスケール61の設
置位置)から固定ガイド19までの距離を読み取り、初
期位置での距離と比較し、変位を計測する。 リアクションバーユニット33の各バーの基端に配
置された加速度センサ53、54、55、56で、固定
ガイド19、29と、固定バー41、43の基部との加
速度を計測し、得られた加速度から距離を求める。 レチクルチャンバ11及びウェハチャンバ3内の固
定ガイド19、29近傍に配置された磁気センサ57、
59により磁場を測定する。
【0028】あるいは、次のような方法により、固定ガ
イドの位置を制御してもよい。まず、各固定ガイドの位
置と磁場変動の関係を予め実測やシミュレーションによ
り求めておき、換算表を作成しておく。そして、上述の
、、の方法により、固定ガイドの移動距離が計測
されると、この換算表から磁場を求める。これにより求
められた磁場、あるいは、の方法により計測された磁
場から、換算表を用いて磁場が許容値以下となる距離を
求めて、アクチュエータ49をフィードバック又はフィ
ードフォワード制御し、固定ガイド19、29をこの位
置内に制御する。なお、磁場の許容値は、ビーム軌道変
動の計測や実際の露光操作により、所定値を適宜設定で
きる。
【0029】固定ガイド19、29の位置をアクチュエ
ータ49で維持することによりリニアモータ固定子の位
置変動を防いで磁場の変動を抑えることができる。
【0030】また、図1に示した露光装置においては、
支持構造物9が直接防振セット7に支持され、ウェハチ
ャンバ3が支持構造物9から吊り下げられて支持されて
もよい。または、投影系電子鏡筒23が支持構造物9に
支持されてもよい。または、干渉計63が支持構造物9
から吊り下げられていてもよい。
【0031】
【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、感応基板及びレチクルのステップ動作中(前
記移動子の加減速運動中)は、加減速による反力をダン
パを介して逃がし、感応基板及びレチクルのスキャン露
光中は、アクチュエータを駆動してリニアモータ固定子
の位置変動を抑制することによって、磁場変動を防ぎ、
リニアモータ固定子の位置変動を防ぎ、高精度で移動・
位置決めできるステージ装置及びそのようなステージ装
置を搭載した露光装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る露光装置の構造を説
明する側面図である。
【図2】リアクションバーユニットの詳細な構造を説明
する側面断面図である。
【図3】スキャン露光を行う露光装置の全体構造の一例
を模式的に示す図である。
【符号の説明】
1 露光装置 3 ウェハチ
ャンバ 5 ベース 7 防振セッ
ト 9 支持構造物 11 レチクル
チャンバ 13 照明系電子鏡筒 15 レチク
ルステージ装置 17 リニアガイド(固定子支持機構) 19 固定ガイド(固定子) 21 移動ス
テージ(移動子) 23 投影系電子鏡筒 25 ウェハ
ステージ装置 27 リニアガイド(固定子支持機構) 29 固定ガ
イド(固定子) 31 移動ステージ(移動子) 33 リアク
ションバーユニット 34 ケーシング 35 フレー
ム 37、39 可動バー 41、43
固定バー 45 ダンパ付き弾性ユニット 47 ダンパ
要素 48 ばね要素 49 アクチ
ュエータ 53、54、55、56 加速度計測用センサ 57、59 磁気センサ 61、63
干渉計 65 干渉計固定鏡

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動子と、 該移動子を案内するガイドを有する固定子と、 該固定子を移動可能に支持する固定子支持機構と、 前記固定子にかかる前記移動子の駆動反力を受けるリア
    クションバーと、を具備し、 前記リアクションバーが、ダンパと、前記固定子の位置
    を調整するアクチュエータと、を有し、 前記移動子の加減速運動中は、加減速による反力を前記
    リアクションバーを介して逃がし、 前記移動子が実質的に等速運動を行っている間は、前記
    リアクションバーのアクチュエータを駆動して前記固定
    子の位置変動を抑制することを特徴とするステージ装
    置。
  2. 【請求項2】 前記固定子の位置変動による磁場変動
    を、センサで計測するかシミュレーションにより求め、 該磁場変動が許容値以下となるよう、前記固定子の位置
    変動を抑制す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】 感応基板上に転写露光すべきパターンが
    形成されたレチクルを前記感応基板と同期駆動(スキャ
    ン)しながら、前記レチクルにエネルギ線を照射して前
    記感応基板上にパターン形成するスキャン露光を行う露
    光装置であって、 前記感応基板及びレチクルを搭載するステージ装置が、 前記感応基板又はレチクルが搭載される移動子と、 該移動子を案内するガイドを有する固定子と、 該固定子を移動可能に支持する固定子支持機構と、 前記固定子にかかる前記移動子の駆動反力を受けるリア
    クションバーと、を具備し、 前記リアクションバーが、ダンパと、前記固定子の位置
    を調整するアクチュエータと、を有し、 前記移動子の加減速運動中は、加減速による反力を前記
    リアクションバーを介して逃がし、 スキャン露光中は、前記リアクションバーのアクチュエ
    ータを駆動して前記固定子の位置変動を抑制することを
    特徴とする露光装置。
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