JP2005150616A

JP2005150616A - 微動ステージ

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Publication number: JP2005150616A
Application number: JP2003389536A
Authority: JP
Inventors: Hirohito Ito; 博仁伊藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】ステージの弾性振動の影響を低減し、位置決め制御特性を向上させる。
【解決手段】基板を搭載可能な天板５０１の天板面に水平な方向に推力を発生する３個以上の複数の直動アクチュエータの可動子５０４Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２を備え、少なくとも、前記複数の直動アクチュエータによって前記天板に平行な面内の並進２自由度と回転１自由度の計３自由度にて移動可能であって、前記複数の直動アクチュエータは、微動ステージの重心を中心とする略同一の円５００上に、前記直動アクチュエータの推力の作用軸が前記円の接線方向と一致するように、略等間隔に配置してあるとともに、前記微動ステージを回転１自由度に駆動する場合に、前記複数の直動アクチュエータが略均等な推力を同時に発生するように駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体露光装置、工作機械など高速、かつ高精度の位置、及び速度制御が求められる微動ステージの分野において、可動体である微動ステージの弾性振動が制御精度に影響を与える場合の弾性振動の抑制方法に関わる。

ここでは従来技術として、特開２０００−１０６３４４号公報に記載のステージ装置を例に挙げて説明を行う。

半導体露光装置においては露光線幅の微細化に伴い、露光装置のウェハステージに求められる位置制御精度は数ｎｍのオーダーに達している。また、生産性の向上の観点からステージの移動加速度および速度は年々増大の傾向にある。このような高速・高精度の位置制御を実現するためには、ウェハステージ位置制御系のサーボ帯域が高いことが必要である。高いサーボ帯域は目標値への応答性が高く、外乱などの影響にも頑健なシステムを実現する。従って、装置を作る立場からは可能な限り高いサーボ帯域を実現する、ウェハステージ、及び本体構造体等の設計が行われる。

（ＸＹステージの説明）図７は従来例のウェハステージ装置の斜視図である。ベース定盤５０２上にＹヨーガイド５５０が固定されている。Ｙヨーガイド５５０の側面とベース定盤５０２の上面でガイドされるＹステージ５５１が、Ｙステージ５５１に設けられた不図示のエアスライドによりＹ方向に沿って滑動自在に支持されている。

Ｙステージ５５１は、主に２本のＸヨーガイド５５２とＹスライダ大５５３、Ｙスライダ小５５４の４部材から構成される。Ｙスライダ大５５３は、その側面及び下面に設けた不図示のエアパッドを介してＹヨーガイド５５０側面及びベース定盤５０２の上面と対面している。また、Ｙスライダ小５５４は、その下面に設けた不図示エアパッドを介してベース定盤５０２の上面と対面している。この結果Ｙステージ全体としては前述のようにＹヨーガイド５５０の側面とベース定盤５０２の上面でＹ方向に滑動自在に支持されることになる。

一方、Ｘステージ５６１は、主に２枚のＸステージ側板５６２と、上のＸステージ上板５６３、下のＸステージ下板５６４の４部材から構成され、Ｙステージ５５１のＸヨーガイド５５２をＸ軸まわりに囲むように設けられる。Ｘステージ５６１は、不図示のエアスライドによりＸ方向に滑動自在に支持されている。Ｘステージ５６１は、Ｙステージ５５１の構成部材である２本のＸヨーガイド５５２の側面とベース定盤５０２の上面とでガイドされる。Ｘステージ下板５６４は、その下面に設けた不図示のエアパッドを介してベース定盤５０２上面と対面し、２枚のＸステージ側板５６２はその側面に設けた不図示のエアパッドを介してＹステージ５５１の構成部材である２本のＸヨーガイド５５２の側面と対面している。Ｘステージ上板５６３の下面とＸヨーガイド５５２の上面、およびＸステージ下板５６４の上面とＸヨーガイド５５２の下面は非接触になっている。この結果、Ｘステージ５６１全体としては、前述のように２本のＸヨーガイド５５２の側面とベース定盤５０２の上面でＸ方向に滑動自在に支持されることになる。結果的に、Ｘステージ５６１は、Ｙステージ５５１がＹ方向に移動するときは共にＹ方向に移動し、Ｙステージ５５１に対してはＸ方向に移動可能であるため、ＸＹの２次元に滑動自在となる。

ＸＹステージ（移動装置）の駆動機構は、Ｘ駆動用に１本、Ｙ駆動用に２本の多相コイル切り替え方式の長距離リニアモータ５１０が用いられている。Ｘ駆動用の長距離Ｘリニアモータ５１０Ｘの固定子５１２ＸはＹステージ５５１に設けられ、長距離Ｘリニアモータ５１０Ｘの可動子５１１ＸはＸステージ５６１に設けられており、Ｘステージ５６１とＹステージ５５１との間でＸ方向に駆動力を発生する。長距離Ｙリニアモータ５１０Ｙの固定子５１２Ｙは、ベース定盤５０２と一体的に設けても良いし、ベース定盤５０２と振動的に独立した部材に設けても良い。長距離Ｙリニアモータ５１０Ｙの可動子５１１Ｙは、連結板５５５を介してＹステージ５５１と一体的に設けられている。これにより、Ｙ駆動用の長距離Ｙリニアモータ５１０Ｙは、Ｙステージ５５１をベース定盤５０２に対してＹ方向に駆動する。

長距離リニアモータ５１０の固定子５１２は、ストローク方向に並べた複数個のコイル５１３をコイル固定枠５１４に保持した物である。長距離リニアモータ５１０の可動子５１１は、磁極ピッチが上記コイルのコイルスパンに等しい４極の磁石をヨーク板の上に並べたものであり、上記コイルを挟むように対向させて形成した箱形の磁石で構成される。長距離リニアモータは、可動子の位置によって固定子のコイルに選択的に電流を流すことにより推力を発生する。

（ウェハ天板５０１の説明）ウェハ天板５０１（移動可能なステージ）は、工作物であるウェハをウェハチャック５７１により載置し、並進Ｘ、Ｙ、Ｚ方向及び回転ωｘ、ωｙ、ωｚ方向の６自由度方向に位置決めするものである。ウェハ天板５０１は、矩形の板状の形をしており中央に窪み５７２が設けられ、窪み５７２の部分にウェハを載置するためのウェハチャック５７１が設けられている。ウェハ天板５０１の側面には干渉計（第１の計測器）のレーザ光を反射するためのミラー５２９が設けられ、ウェハ天板５０１の位置を計測できるようになっている。

（位置計測の説明）次に、図８を用いて、Ｘステージ５６１の位置計測とウェハ天板５０１の位置計測について説明する。

Ｘステージ５６１の上板５６３の側面には、Ｘステージ５６１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５３９に照射され、Ｘステージ５６１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。

ウェハ天板５０１の側面には、干渉計のレーザ光を反射するためのミラー５２９が設けられ、ウェハ天板５０１の位置を計測できるようになっている。ウェハ天板５０１には６本の光ビームが照射され、ウェハ天板５０１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５２８Ｘ１，Ｘ２のレーザビームにより、ウェハ天板５０１のＸ方向の位置およびωｙ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５２８Ｙ１〜Ｙ３のレーザビームにより、Ｙ方向の位置およびωｘωｙ方向の回転量が計測できる。さらにウェハチャック５７１に載置されたウェハに干渉計５２８Ｚから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、ウェハのＺ方向の位置（つまりウェハ天板のＺ方向の位置）が計測できる。

以上のように、Ｘステージ５６１及びウェハ天板５０１の位置を計測することにより、Ｘステージ５６１の位置計測とウェハ天板５０１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。

（微動アクチュエータの説明）次に、図９を用いて、Ｘステージ５６１とウェハ天板５０１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９は、Ｘステージ５６１とウェハ天板５０１との間に設けられた微動リニアモータ５０３および電磁石５０８等を用いたアクチュエータの分解図を表している。

ウェハ天板５０１の下方にはウェハ天板５０１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。

ウェハ天板５０１の下面には８個の微動リニアモータ可動子５０４が取り付けられている。各可動子５０４は、厚み方向に着磁された２極の磁石５７４およびヨーク５７５を２組み有している。この２組の磁石５７４およびヨーク５７５は、側板５７６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５０５を非接触で挟み込むように対面する。

８個の可動子５０４のうちの４個の可動子５０４Ｚは、矩形状天板５０１の辺のほぼ中央部に配置され、ウェハ天板５０１をＸステージ５６１（図７参照）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５０５Ｚにおいては、前記２極の磁石５７４Ｚ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５０５Ｚの長円コイル５７８Ｚ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Ｚ１〜Ｚ４可動子５０４Ｚ１〜Ｚ４と名づける。

残りの４個の可動子５０４Ｘのうち矩形状天板の一方の対角の隅部に配置される２個の可動子は、ウェハ天板５０１をＸステージ５６１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５０４Ｘにおいては、前記２極の磁石５７４Ｘ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５０５Ｘの長円コイル５７８Ｘ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５０４Ｘ１，Ｘ２と名づける。

残りの２個の可動子５０４Ｙもまた矩形状天板５０１の他方の対角の隅部に配置され、ウェハ天板５０１をＸステージ５６１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５０４Ｙにおいては、前記２極の磁石５７４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５０５Ｙの長円コイル５７８Ｙ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５０４Ｙ１，Ｙ２と名づける。

また、ウェハ天板５０１の下面の矩形のほぼ中央部には、円筒形状の磁性体支持筒５８０が設けられている。そしてこの磁性体支持筒５８０の外周部には４つの円弧状の磁性体ブロック５０７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５０７Ｘ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５０８Ｘと非接触で対面し、Ｅ形状電磁石５０８Ｘ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５０７ＸをＸ１，Ｘ２ブロック５０７Ｘ１，Ｘ２と名づける。

残りの２個の円弧状磁性体ブロック５０７Ｙ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５０８Ｙと非接触で対面し、Ｅ形状電磁石５０８Ｙ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５０７ＹをＹ１，Ｙ２ブロック５０７Ｙ１，Ｙ２と名づける。

円筒形状の磁性体支持筒５８０の中空部分には、自重補償ばね５８１が配置され、その上端がウェハ天板５０１の下面中央部と結合され、ウェハ天板５０１の自重を支持するようになっている。自重補償ばね５８１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５８１を介してＸステージ５６１からウェハ天板５０１への振動伝達がほぼ無視できるようになっている。

Ｘ１，Ｘ２可動子５０４Ｘ１，Ｘ２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５０４Ｘ１，Ｘ２が発生する力の作用線のＺ座標は、Ｘ１，Ｘ２可動子５０４Ｘ１，Ｘ２と、Ｙ１，Ｙ２可動子５０４Ｙ１，Ｙ２と、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４可動子５０４Ｚ１〜Ｚ４および磁性体支持筒５８０並びに４つの円弧状磁性体ブロック５０７を含むウェハ天板５０１の重心のＺ座標と概ね一致するようになっていることが望ましい。この場合、Ｘ１，Ｘ２可動子５０４Ｘ１，Ｘ２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ウェハ天板５０１に作用しないようになる。

Ｙ１，Ｙ２可動子５０４Ｙ１，Ｙ２が発生する力の作用線のＺ座標は概ね一致している。Ｙ１，Ｙ２可動子５０４Ｙ１，Ｙ２が発生する力の作用線のＺ座標は、Ｘ１，Ｘ２可動子５０４Ｘ１，Ｘ２と、Ｙ１，Ｙ２可動子５０４Ｙ１，Ｙ２と、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４可動子５０４Ｚ１〜Ｚ４および磁性体支持筒５８０並びに４つの円弧状磁性体ブロック５０７を含むウェハ天板５０１の重心のＺ座標と概ね一致するようになっていることが望ましい。この場合Ｙ１，Ｙ２可動子５０４Ｙ１，Ｙ２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ウェハ天板５０１に作用しないようになる。

Ｘ１，Ｘ２ブロック５０７Ｘ１，Ｘ２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。Ｘ１，Ｘ２ブロック５０７Ｘ１，Ｘ２に作用する吸引力の作用線のＺ座標は、Ｘ１，Ｘ２可動子５０４Ｘ１，Ｘ２と、Ｙ１，Ｙ２可動子５０４Ｙ１，Ｙ２と、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４可動子５０４Ｚ１〜Ｚ４および磁性体支持筒５８０並びに４つの円弧状磁性体ブロック５０７を含むウェハ天板５０１の重心のＺ座標と概ね一致するようになっていることが望ましい。この場合、Ｘ１，Ｘ２ブロック５０７Ｘ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ウェハ天板５０１に作用しないようになる。

また、このＸ１，Ｘ２ブロック５０７Ｘに作用するＸ方向の吸引力の作用線のＸ座標は、Ｘ１，Ｘ２可動子５０４Ｘ１，Ｘ２と、Ｙ１，Ｙ２可動子５０４Ｙ１，Ｙ２と、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４可動子５０４Ｚ１〜Ｚ４および磁性体支持筒５８０並びに４つの円弧状磁性体ブロック５０７を含むウェハ天板５０１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Ｘ１，Ｘ２ブロック５０７Ｘ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ウェハ天板５０１に作用しないようになっている。

Ｙ１，Ｙ２ブロック５０７Ｙ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。Ｙ１，Ｙ２ブロック５０７Ｙに作用する吸引力の作用線のＺ座標は、Ｘ１，Ｘ２可動子５０４Ｘ１，Ｘ２と、Ｙ１，Ｙ２可動子５０４Ｙ１，Ｙ２と、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４可動子５０４Ｚ１〜Ｚ４および磁性体支持筒５８０並びに４つの円弧状磁性体ブロック５０７Ｘ，５０７Ｙを含むウェハ天板５０１の重心のＺ座標と概ね一致するようになっていることが望ましい。この場合Ｙ１，Ｙ２ブロック５０７Ｙ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ウェハ天板５０１に作用しないようになる。

また、このＹ１，Ｙ２ブロック５０７Ｙに作用するＹ方向の吸引力の作用線のＸ座標は、Ｘ１，Ｘ２可動子５０４Ｘ１，Ｘ２と、Ｙ１，Ｙ２可動子５０４Ｙ１，Ｙ２と、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４可動子５０４Ｚ１〜Ｚ４および磁性体支持筒５８０並びに４つの円弧状磁性体ブロック５０７を含むウェハ天板５０１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Ｙ１，Ｙ２ブロック５０７Ｙ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ウェハ天板５０１に作用しないようになっている。

Ｘステージ上板５６３の上部には、ウェハ天板５０１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５０３の固定子５０５、ウェハ天板５０１にＸＹ方向の加速度を与えるための電磁石支持円筒５８３に支持された４個のＥ形電磁石５０８、及びウェハ天板５０１の自重を支持するための自重補償ばね５８１の一端が固定されている。

各固定子５０５は、長円形のコイル５７８をコイル固定枠５７９で支持する構造になっており、前述のウェハ天板５０１の下面に固定されたリニアモータ可動子５０４と非接触で対面するようになっている。

８個の固定子５０５のうちの４個の固定子５０５Ｚ１〜Ｚ４は、矩形状のＸステージ上板５６３の辺のほぼ中央部に配置され、ウェハ天板５０１をＸステージ５６１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５０５Ｚ１〜Ｚ４は、前記長円コイル５７８Ｚ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５０４ＺのＺ方向に沿って配置された２極の磁石５７４Ｚ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。

残りの４個の固定子のうち２個の固定子５０５Ｘは、矩形状のＸステージ上板５６３の対角の隅部に配置され、Ｘ固定子５０５Ｘ１，Ｘ２を形成する。Ｘ固定子５０５Ｘ１，Ｘ２では、前記長円コイル５７８Ｘ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５０４Ｘ１，Ｘ２のＸ方向に沿って配置された２極の磁石５７４Ｘ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。

残りの２個の固定子５０５Ｙも矩形状のＸステージ上板５６３の対角の隅部に配置され、Ｙ固定子５０５Ｙ１，Ｙ２を形成する。Ｙ固定子５０５Ｙ１，Ｙ２では、前記長円コイル５７８Ｙ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５０４Ｙ１，Ｙ２のＹ方向に沿って配置された２極の磁石５７４Ｙ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Ｙ１，Ｙ２コイルと名づける。

Ｚ軸回りの回転方向ωｚに駆動する場合は、Ｘ方向リニアモータ５０３ＸあるいはＹ方向リニアモータ５０３Ｙのどちらか一方が用いられる。Ｘ方向リニアモータ５０３Ｘを用いる場合は、５０３Ｘ１と５０３Ｘ２に逆方向の推力を発生させることによって、ウェハ天板５０１は、Ｘ方向には移動せず、Ｚ軸回りの回転方向ωｚに回転する。Ｙ方向リニアモータ５０３Ｙを用いる場合は、５０３Ｙ１と５０３Ｙ２に逆方向の推力を発生させることによって、ウェハ天板５０１は、Ｙ方向には移動せず、Ｚ軸回りの回転方向ωｚに回転する。

また、電磁石支持円筒５８３は、矩形状のＸステージ上板５６３のほぼ中央部に配置され、電磁石支持円筒５８３の内部には４つのＥ字形電磁石５０８が設けられている。Ｅ字形電磁石５０８は、Ｚ方向からみたとき概ねＥ字形の断面を有する磁性体ブロック５８５と、コイル５８６とを具備している。コイル５８６は、Ｅ字形の中央の突起の周りに巻きまわされる。Ｅ字形の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字形電磁石５０８の３つの突起部の端面は、前記ウェハ天板５０１に固定された円弧状磁性体ブロック５０７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５８５に吸引力を作用するようになっている。

ここでは、電磁石支持円筒５８３および円弧状磁性体ブロック５８５については、詳しく説明しない。

以上の構成により、上記ステージ装置は、Ｘステージ５６１からウェハ天板５０１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５０８によりＸＹ方向の大きな吸引力を与えることができる。

並進Ｚ方向および回転ωｘ，ωｙ，ωｚ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５０３も電磁石５０８もＸＹ方向のストロークが極めて短い。一方、Ｘステージ５６１はＸＹ方向に長いストロークを有する。そこで、このステージ装置は、Ｘステージ５６１をＸＹ方向に移動させながらウェハ天板５０１にＸＹ方向の推力や吸引力を作用させることにより、ＸＹ方向の長い距離にわたってウェハ天板５０１にＸＹ方向の推力や吸引力を作用させるようにしている。
特開２０００−１０６３４４号公報

半導体露光装置のステージ装置においては、露光する線幅の解像度が高いため、その位置制御精度が高いことが要求される。また、半導体露光装置は、生産設備であるから、生産性の観点からスループットが高いことも要求される。この要求を満たすためには、ステージのサーボ系の応答性が高く、かつ高速で移動できることが必要である。ステージの位置制御精度を高めるため、設計者は位置制御系のゲインを可能な限り高く設定し、高いサーボ帯域を実現する。しかし、ゲインをある程度以上高く設定しようとしても、サーボ系の発振によりその上限は制約される。サーボ帯域を制限する要因は種々あるが、制御ループ内に存在する機械系の弾性振動もその要因の一つである。

図４にウェハ天板５０１の弾性振動モードの解析結果の例を示す。ここでは１次から４次までの弾性振動モードを示した。このように薄い板ではＺ方向の剛性が弱いため、曲げあるいは捩れのような弾性変形による振動が発生する。このときＺ方向のアクチュエータから計測点までの伝達特性は図５のようになり、弾性振動の共振点は高いピークをもつ。このような系で例えばＺ方向の位置制御系のループゲインを高くしていくと、前記の弾性振動の共振点が励起されステージの制御精度を悪化させる。ある程度、低いループゲインでは、前記振動が大きく現れるだけであるが、さらにゲインを高くすると、サーボ系は不安定になり発振状態になる。

このようにウェハ天板５０１などに弾性振動が存在するため、サーボ系は不安定になる。あるいはサーボ系が不安定にならないまでも、制御誤差が大きくなり、制御仕様を満たさない恐れがある。通常、サーボ帯域はこの弾性振動の最低次の共振周波数の１／３から１／４程度に制限される。

従来例に示したように、ウェハ天板５０１上にはウェハやレチクルが搭載されるため、アクチュエータは天板に対して搭載面とは反対側に設置される。これには、設置スペース上の問題もあるが、アクチュエータが発生する熱が天板やウェハ／レチクルに伝わりにくくし、熱による変形を起こさないようにするという目的もある。

このとき、アクチュエータは、駆動点と天板との位置関係によって、特に天板面内の回転方向（ωｚ）に駆動した場合に、天板から駆動点までの距離に比例して天板にねじり変形を生じやすくなる。これについては図６を参照しながら説明する。

従来例のステージのように、ウェハ天板５０１に対して、各アクチュエータ可動子５０４は下にぶら下がるような形で付属している。従来、Ｚ軸まわりの回転ωｚ方向の駆動にはＸ方向アクチュエータか、あるいはＹ方向アクチュエータのどちらかが用いられてきた。どちらを用いた場合でも、駆動方法、及び作用には大きな違いはない。ここでは、Ｘ方向アクチュエータを用いた場合について説明する。図６のａ．に示すようにこの場合、矢印で示すＸ方向アクチュエータの可動子５０４Ｘ１，Ｘ２の作用軸は、天板面から離れた位置にある。そのため、天板５０１に対してねじりトルクを発生させる。さらに、Ｚ軸回りの回転方向ωｚに駆動するためには、２つのＸ方向アクチュエータの可動子５０４Ｘ１と５０４Ｘ２は、互いに逆方向に駆動する必要があるため、図６のｂ．に示すように天板５０１を変形させてしまう。また、駆動方向によっては、図示したようにアクチュエータの設置されている対角が上方に変形し逆対角が下方に変形する場合と、逆にアクチュエータの設置されている対角が下方に変形し逆対角が上方に変形する場合とがある。これは、図４における１次の弾性振動モードと同じ変形モードであるため、この場合１次の弾性振動モードを励振してしまう。

また、Ｘ方向アクチュエータの可動子５０４Ｘ１と５０４Ｘ２が、ステージの隅部に取り付けられている場合、この位置は１次の弾性振動モードの腹に位置するため、さらに効果的に１次の弾性振動モードを励振することになってしまう。

また、図６のｃ．に示すように、Ｘ方向のアクチュエータ可動子５０４Ｘ１と５０４Ｘ２が、ステージの隅部に取り付けられている場合、アクチュエータの作用軸は、回転中心あるいは重心を中心とする円の円周方向とは異なる。そのため、Ｚ軸まわりの回転θｚ方向の駆動に寄与するのは、円周方向の分力だけである。半径方向の分力は、可動子５０４Ｘ１と５０４Ｘ２で同軸上の逆方向の力となり、ウェハ天板５０１を移動させる効果はなく、ウェハ天板５０１に応力として働き、天板を変形させて１次の弾性振動モードを励振するだけの効果しか持たない。

１次の弾性振動モードは共振周波数が最も低いため、このモードを励振すると、ωｚ方向の位置制御系のサーボ帯域が制限されることになる。また、ほかの軸に対しても、この変形の影響により位置制御系が不安定となり、サーボ帯域が制限されることになる。従ってより高いサーボ帯域を実現するためには、１次の弾性振動モードを励振しないようにしなければならない。

本発明は、ステージの弾性振動の影響を低減し，位置決め制御特性を向上させることを目的とする。

そこで、本発明においては、基板を搭載可能な天板と、前記天板面に水平な方向に推力を発生し前記天板の基板搭載面とは反対の面側に配置してある３個以上の複数の直動アクチュエータとを備え、少なくとも、前記複数の直動アクチュエータによって前記天板に平行な面内の並進２自由度と回転１自由度の計３自由度にて移動可能な微動ステージにおいて、前記複数の直動アクチュエータは、微動ステージの重心を中心とする略同一の円上に、前記直動アクチュエータの推力の作用軸が前記円の接線方向と一致するように、略等間隔に配置してあるとともに、前記微動ステージを回転１自由度に駆動する場合に、前記複数の直動アクチュエータが略均等な推力を同時に発生するように駆動することを特徴とする。

また、これらのアクチュエータはリニアモータであることが望ましい。また、本発明に係る微動ステージは、前記複数の直動アクチュエータが前記円の中心に関して対称配置されていてもよく、前記天板の位置の目標値と実測値との差に基づき位置補償をするために、前記複数の直動アクチュエータへの指令値を決定する補償手段を備えていてもよい。

以上説明したように、本発明においては、直動アクチュエータを微動ステージの重心を中心とする略同一の円上に、推力の作用軸が該円周方向と一致するように、略等間隔に配置し、Ｚ軸まわりの回転ωｚの方向に駆動する場合において、前記直動アクチュエータを回転方向に略均等な推力を同時に発生するように駆動するようにしたことによって、天板の１次の弾性振動モードを励振しなくなり、このモードによって位置制御系が不安定となりにくくなるため、サーボ帯域をより上げることが可能となる。
また、複数のアクチュエータで駆動するため、個々の電流量が減り、総発熱量を減らすことができる。

本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るウェハ天板５０１とこれに対するアクチュエータ配置を示す概略図である。なお、図１では構造をわかりやすくするため、本実施例の説明に必要ない磁性体ブロックなどは省略している。

通常、微動ステージ可動部のＺ軸回り回転ωｚの回転中心と重心はほぼ一致するように設計される。重心に対して、Ｘ方向のアクチュエータ可動子ユニット５０４ＸとＹ方向のアクチュエータ可動子ユニット５０４Ｙはほぼ同一の円５００上に位置するように配置される。さらに、各アクチュエータの作用軸は、前記円５００の接線方向と一致するように配置される。すなわち、Ｘ方向アクチュエータ可動子５０４Ｘ１と５０４Ｘ２は、重心に対してＹ軸方向に対称な位置に、Ｙ方向アクチュエータ可動子５０４Ｙ１と５０４Ｙ２は、重心に対してＸ軸方向に対称な位置に配置される。複数のアクチュエータ可動子５０４Ｘ１と５０４Ｘ、アクチュエータ可動子２５０４Ｙ１と５０４Ｙ２は、それぞれ円５００の中心に関して対称的に配置されてるとも言える。

図２は、本発明の実施例１に係るωｚ制御系のブロック図の一例である。レーザ干渉計２０１によって計測されたωｚの実測位置と、目標値との差を求め、補償器２０２によってアクチュエータ可動子５０４Ｘ１，５０４Ｘ，２５０４Ｙ１，５０４Ｙ２への指令値が決定される。指令値はＸ方向アクチュエータ可動子５０４ＸとＹ方向アクチュエータ可動子５０４Ｙにほぼ等分となるように分配器２０３により分配される。Ｘ方向アクチュエータ可動子５０４Ｘに分配された指令値は、さらに可動子５０４Ｘ１と５０４Ｘ２に絶対値が等しくかつ駆動方向が逆になるように分配される。Ｙ方向アクチュエータ可動子５０４Ｙに分配された指令値は、さらに可動子５０４Ｙ１と５０４Ｙ２に絶対値が等しくかつ駆動方向が逆になるように分配される。従って、計４個のアクチュエータは絶対値がほぼ均等な力を発生させることになる。

次に、図３を用いて本実施例における効果を説明する。
図３のａ．における、矢印で示す水平方向アクチュエータ可動子５０４Ｘ１，５０４Ｘ２の作用軸は、天板面から離れた位置にある。そのため、天板５０１に対してねじりトルクを発生させ、このねじりトルクは図３のｂ．に示すように天板を変形させてしまう。このねじりトルクはアクチュエータに対して作用軸の駆動方向前方では上方に、後方では下方に変形させる。

図３のｃ．に示すようにアクチュエータの駆動方向前方は、隣接するアクチュエータの後方になるため、変形方向が逆になり、打ち消し合う。隣接するアクチュエータ同士はほぼ均等な力を発生させるため、変形もほぼ等しくなり、ほとんどの変形をうち消し合う。

また、各アクチュエータは同一の円５００上に配置されている。隣接するアクチュエータの配置円の半径が異なっていると、半径によって変形量の大きなアクチュエータが異なる。そのため、内周に近い部分では、内周に近いアクチュエータの影響が大きく、外周に近い部分では、外周に近いアクチュエータの影響が大きく出てしまう。そのため、場所によって変形の度合いが異なり、効果的に変形を打ち消し合うことができない。しかし、同一の円上に配置されていると、各アクチュエータによる変形量は同じ半径上では等しくなるため、効果的に打ち消し合うことができる。

また、作用軸は円の接線方向に等しいため、打ち消すことのできない半径方向の力は発生しない。例えば、図３のｄ．に示すように従来例と同じ隅部にアクチュエータが配置された場合には、すべてのアクチュエータが半径方向の分力を生じる。これにより、ウェハ天板５０１の各頂点が上方、あるいは下方に変形する。これは図４に示された第３の弾性振動モードを励起していることになってしまう。このことからも、アクチュエータの作用軸は円の接線方向に等しいことが望まれる。

一方、アクチュエータがリニアモータである場合、従来例ではＺ軸まわりの回転ωｚの方向に駆動するために、２個のリニアモータを用いていたが、本実施例では４個のリニアモータを用いる。これまで説明したとおり、個々のリニアモータの発生力は従来の約半分となり、必要な電流も約半分となる。リニアモータの発熱量は電流の２乗に比例するため、従来例で必要な電流をＩとすると、従来例での総発熱は、
２ｋＩ²
となるのに対し、本実施例では、
４ｋ（Ｉ／２）²＝ｋＩ²
となり、半分の発熱量で済むことになる。

本実施例では、アクチュエータがＸ方向２個、Ｙ方向２個である場合の例で説明したが、本発明の効果を得る方法はこの構成に限るものではなく、より多数のアクチュエータを同一の円上に配置することも可能である。その場合には、個々のアクチュエータの発生力を減らすことができ、さらにアクチュエータの間隔も狭くなるため、より高い効果が期待できる。

本発明の実施例１にかかる微動ステージの概略図である。本発明の実施例１にかかるωｚ制御系のブロック図である。本発明の実施例１にかかる変形の様子を示す図である。天板の弾性モード振動を示す図である。天板の力から変位への伝達特性を示す図である。回転方向の駆動による変形を示す図である。従来例におけるステージの構成を示す斜視図である。従来例における微動ステージの構成を示す斜視図である。従来例における微動ステージの構成を分解して示す斜視図である。

符号の説明

２０２：補償器、２０３：分配器、５００：円、５０１：ウェハ天板、５０２：ベース定盤、５０３：微動リニアモータ、５０４：微動リニアモータ可動子、５０５：微動リニアモータ固定子、５０６：コイル固定枠、５０７：ブロック、５０８：電磁石、５０９：自重補償ばね、５１０：長距離リニアモータ、５１１：長距離リニアモータ可動子、５１２：長距離リニアモータ固定子、５１３：長距離リニアモータコイル、５１４：コイル固定枠、５２８：ウェハ天板位置計測系（干渉計）、５２９：ウェハ天板側面ミラー、５３８：ステージ位置計測器、５３９：Ｘステージ側面ミラー、５５０：Ｙヨーガイド、５５１：Ｙステージ、５５２：Ｘヨーガイド、５５３：Ｙスライダ大、５５４：Ｙスライダ小、５５５：連結板、５６１：Ｘステージ、５６２：Ｘステージ側板、５６３：Ｘステージ上板、５６４：Ｘステージ下板、５７１：ウェハチャック、５７２：窪み、５７４：磁石、５７５：ヨーク、５７６：側板、５７８：コイル、５７９：コイル固定枠、５８０：磁性体支持筒、５８１：自重補償ばね、５８３：電磁石支持円筒、５８５：Ｅ字形磁性体ブロック、５８６：コイル。

Claims

基板を搭載可能な天板と、前記天板面に水平な方向に推力を発生し前記天板の基板搭載面とは反対の面側に配置してある３個以上の複数の直動アクチュエータとを備え、少なくとも、前記複数の直動アクチュエータによって前記天板に平行な面内の並進２自由度と回転１自由度の計３自由度にて移動可能な微動ステージにおいて、前記複数の直動アクチュエータは、微動ステージの重心を中心とする略同一の円上に、前記直動アクチュエータの推力の作用軸が前記円の接線方向と一致するように、略等間隔に配置してあるとともに、前記微動ステージを回転１自由度に駆動する場合に、前記複数の直動アクチュエータが略均等な推力を同時に発生するように駆動することを特徴とする微動ステージ。
前記直動アクチュエータは、リニアモータであることを特徴とする、請求項１に記載の微動ステージ。
前記複数の直動アクチュエータが前記円の中心に関して対称配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の微動ステージ。
前記天板の位置の目標値と実測値との差に基づき位置補償をするために、前記複数の直動アクチュエータへの指令値を決定する補償手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の微動ステージ。