JP2011003782A

JP2011003782A - ステージ装置

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Publication number: JP2011003782A
Application number: JP2009146537A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Murakami; 智村上; Masahiko Ryu; 政彦龍; Yoichi Arai; 洋一新井; Kazuya Ono; 一也小野
Original assignee: Nikon Corp; Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Nikon Corp; Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2011-01-06

Abstract

【課題】微動ステージの走査方向の微小駆動のモータ容量の低減を図り、微動ステージ部および粗動ステージの小型軽量化とともに、粗動ステージと微動ステージの磁気浮上により非接触支持を実現し、ステージの高速化、高精度な６自由度制御を可能にするステージ装置を提供する。
【解決手段】粗・微動構成のステージにおいて、微動ステージ５（図１、図２、図４、図５）側にも粗動駆動の機能を付加すべく微動ステージの微動水平２軸に粗動の１軸を加えて３軸とし、粗動ステージ４（図１、図２、図４、図６）に同期して走査（Ｙ軸）方向の粗動駆動を行わせべく粗動ステージの走査軸と微動ステージの粗動１軸とを同期走査させる構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステージを電磁力で非接触に支持し、リニアモータで駆動され、任意の位置に位置決めされるステージ装置に関する。また、このステージ装置が備えられた露光装置に関するものである。

半導体素子または液晶表示素子等を製造するリソグラフィ工程においては、マスクまたはレチクル（以下、「レチクル」と総称する）が配置されるレチクルステージとウェハまたはガラスプレート等の感光物体（以下、「ウェハ」と総称する）が配置されるウェハステージとを所定の走査方向（スキャン方向）に沿って同期移動しつつ、レチクルのパターンを投影光学系を介してウェハ上に転写する、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置などが比較的多く用いられる。

近年の走査型ＥＵＶ露光装置のレチクル側の駆動装置としては、例えば、レチクルステージ定盤上にエアベアリング等で非接触支持され非走査（Ｘ軸）方向の両端に配置されたリニアモータによって走査方向（Ｙ軸）に所定のストローク範囲で駆動されるレチクル粗動ステージ部と、該レチクル粗動ステージに対して、走査（Ｙ軸）方向、非走査（Ｘ軸）方向、Ｚ軸まわりの回転方向（θｚ）の微小駆動とＸ軸まわりの回転方向（θｘ）、Ｙ軸まわりの回転方向（θｙ）に微小駆動されるレチクル微動ステージ部とから成る粗・微動構造のステージ装置が用いられている。

また、粗動ステージの走査（Ｙ軸）方向への駆動よって生じる反力や微動ステージの非走査（Ｘ軸）方向への駆動によって生じる反力が、レチクルステージ定盤の振動要因や姿勢変化の要因となるのを抑制するために、粗動ステージの走査（Ｙ軸）方向に駆動のリニアモータ固定子をエアベアリング等で非接触支持して、駆動方向と反対側に移動させる反力キャンセラ機構が設けられている（例えば特許文献１参照）。

また、反力処理としてレチクルステージとは反対方向に移動するカウンタマス（錘部材）を有するカウンタマス機構が設けられたステージ装置もある（例えば特許文献２参照）。

特開２００７−３１１５９７号公報（図２）特開２００４−３４９２８５号公報（図２）

しかしながら、近年、走査型露光装置が採用するレチクルステージ装置においては、微細化や高スループットに対応した高い制御性能、高速・高加減速が要求され、レチクルステージ装置の小型軽量化を図ることが不可欠である。
また、ＥＵＶ光を露光光として使用するＥＵＶ露光装置においては、真空中での露光になるため、真空環境への対応も重要である。

例えば、粗・微動構造のステージの小型軽量化に際しては、以下の課題がある。
（１）微動ステージの走査方向の駆動モータ推力は、微動本来の制御推力の他に粗動ステージの加減速時の加速力分の推力を付与する必要があるため、加速度の増加に伴いモータ容量が増大し、微動ステージ部の軽量化を困難にするという課題がある。
（２）また、微動ステージの高精度な６自由度制御（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）を行うためには、微動ステージの微動機構部は非接触支持が好ましく、この支持機構を粗動ステージと微動ステージ間に配置すると、微動ステージおよび粗動ステージの形状がともに大きくなるという課題がある。

（３）さらに、ガイド部の非接触化のために真空環境でエアベアリングを採用する場合には、供給する気体がエアベアリング外に漏出するのを防止するためにエアパッドから排出される気体を回収する溝の形成が必要になるため、エアベアリング形状が大きくなりステージの大型化・質量増大のほか、エアベアリング面の精密な加工を伴うために装置のコストアップ要因になるなどの課題がある。
（４）また、エアベアリングに不具合が発生した場合には復旧に長い期間を要するなどの問題が発生する可能性がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、粗・微動構成で、粗動側と微動側ステージをともに小型軽量化し、高速・高加減速に対応させるとともに、ステージの各可動部を磁気浮上による非接触支持を実現させ、パーティクルレス・メンテナンス性・信頼性を向上させることができるステージ装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１の記載の発明は、ステージ定盤に対してステージフレームを浮上させる第１浮上手段と、該ステージフレームに対して粗動ステージを浮上させる第２浮上手段と、前記ステージフレームに対して微動ステージを浮上させる第３浮上手段と、前記ステージフレームを該ステージ定盤に対して水平面内の第１軸方向移動する第１駆動手段と、前記ステージフレームを該ステージ定盤に対して前記第１軸に前記水平面内で直交する第２軸方向に移動する第２駆動手段と、該粗動ステージを前記ステージフレームに対して水平面内の第１軸方向に移動する第３駆動手段と、前記粗動ステージを前記ステージフレームに対して前記第１軸に前記水平面内で直交する第２軸方向に移動する第４駆動手段と、該微動ステージを前記ステージフレームに対して前記１軸方向に移動する第５駆動手段と、前記微動ステージを前記粗動ステージに対して前記１軸方向に微小に移動する第６駆動手段と、前記微動ステージを前記粗動ステージに対して前記２軸方向に微小に移動する第７駆動手段と、前記微動ステージを前記粗動ステージに対して移動する範囲を制限する移動制限手段と、を備えたことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、前記粗動ステージの前記第３駆動手段と前記微動ステージの前記第５駆動手段に同一の移動指令を与え同期移動させる制御手段を備えたことを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明の前記第１浮上手段は、前記ステージフレームが前記粗動ステージおよび前記微動ステージの走行によって生じる反力を受けて移動する領域内を浮上制御させる少なくとも３つの磁気浮上電磁石であり、前記第２浮上手段は、前記粗動ステージを第１軸方向の全移動領域を浮上制御させる４つの磁気浮上電磁石であり、前記第３浮上手段は、前記微動ステージを第１軸方向の全移動領域および前記微動ステージの前記第２軸の移動領域を磁気浮上制御させる少なくとも３つのボイスコイルモータであることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明の前記第１駆動手段と前記第２駆動手段は、前記ステージフレームを該ステージ定盤に対して水平面内の第１軸方向と前記第１軸に前記水平面内で直交する第２軸方向に移動させるボイスコイルモータであり、前記第３駆動手段は、前記粗動ステージを前記第１軸方向に移動させるリニアモータであり、前記第４駆動手段は、前記粗動ステージを前記第２軸方向に移動させるボイスコイルモータであり、前記第５駆動手段は、前記微動ステージを前記第１軸方向に移動させるリニアモータであり、前記第６駆動手段と第７駆動手段は、前記粗動ステージに対して前記１軸方向および前記２軸方向に微小に移動するボイスコイルモータであることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明の前記移動制限手段は、前記粗動ステージと前記微動ステージが近接する前記第１軸方向の四隅に、同極のマグネットが対向するように少なくとも４組を配置し、マグネットとの間に弾性体の衝撃緩和材を配置したことを特徴とするものである。

請求項６に記載の露光装置の発明は、真空チャンバーと、前記真空チャンバー内にある光源と、前記真空チャンバー内にあってレチクルを取り付けるためのステージ装置と、前記真空チャンバー内にあるウェハ載置用ウェハステージと、前記真空チャンバー内にあって前記光源からの光をレチクルの上に集光する集光ミラーと、前記真空チャンバー内にあって前記レチクルで反射された光を反射させて最終的にウェハに達せしめる光学系ミラーと、から成る露光装置において、前記ステージ装置として請求項１〜５のいずれか１項に記載のステージ装置を備え、前記ステージ装置によって搬送物を位置決めすることを特徴としている。

請求項１および２に記載の発明によると、粗動ステージと微動ステージの粗動駆動を独立した駆動手段で同期走査させるため、微動ステージの走査方向の微動駆動手段のモータを微動ステージ本来に必要な制御推力の容量で構成できるため、微動ステージ部と粗動ステージ部の小型軽量化を実現できる。

請求項３に記載の発明によると、第１から３の浮上手段を磁気的に行うため、気体を用いるエアベアリングのように、エアパッド間の隙間が微小でないため、エアパッド間が接触することも無く、信頼性・メンテナンス性に優れる。

請求項４に記載の発明によると、モータ可動部を可動マグネット型で構成するため、モータ配線等のケーブル外乱を皆無にでき、ステージの制御性能が向上する。

請求項５に記載の発明によると、同極マグネットの磁気反発力を利用した粗動ステージと微動ステージの衝突保護機構なので、粗・微動ステージ間の微小空間に組み込むことができ、最大加速時やステージ暴走等の大きな衝撃力が作用した場合においても、ステージ間の衝突によるステージ損傷を保護できる。

また、請求項６に記載の発明によると、ステージを小型化できるため装置フットプリントを小さくでき、また、ステージのすべての可動部を磁気浮上による非接触支持ガイドできるため、パーティクルを皆無にした露光作業ができる。

本発明の実施例１を示すステージ装置の平面図である。図１のステージ装置の粗・微動ステージ間の衝突保護機構７０Ａの拡大平面図である。図１のステージ装置のＥ−Ｅ’の断面を走行（Ｙ軸）方向から見た図である。図１のステージ装置のＡ−Ａ’断面をＹ軸方向から見た図である。図１のステージ装置のＢ−Ｂ’断面をＹ軸方向から見た図である。図１のステージ装置のＣ−Ｃ’断面をＹ軸方向から見た図である。図１のステージ装置のＤ−Ｄ’断面をＹ軸方向から見た図である。本発明の実施例２を示すステージ装置の平面図である。図８のステージ装置のＥ−Ｅ’断面をＹ軸方向から見た図である。図８のステージ装置のＡ−Ａ’断面をＹ軸方向から見た図である。図８のステージ装置のＢ−Ｂ’断面をＹ軸方向から見た図である。図８のステージ装置のＣ−Ｃ’断面をＹ軸方向から見た図である。図８のステージ装置のＤ−Ｄ’断面をＹ軸方向から見た図である。本発明のステージ装置を備えた露光装置の概念図である。

以下、粗・微動構成で、粗動側と微動側ステージをともに小型軽量化し、高速・高加減速に対応させるとともに、ステージの各可動部を磁気浮上による非接触支持を実現させ、パーティクルレス・メンテナンス性・信頼性を向上させることができる本発明のステージ装置の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は本発明のステージ装置の平面図であり、図２は図１のステージ装置の粗・微動ステージ間の衝突保護機構の拡大平面図、図３〜図７は図１のステージ装置の各断面をＹ軸方向から見た図である。
図１において、１はステージ装置、２はステージ装置１のステージ定盤、３はステージフレーム、４は粗動ステージ、５は微動ステージである。なお、６（図４）は静電チャック、７（図４）はレチクルである。
以下に、１〜５の各構成について説明する。

〈ステージ装置１とステージ定盤２〉
ステージ装置１（図１）のステージ定盤２（図１、図７）の四隅には、１１Ａ（図１）、１１Ｂ（図１、図７）、１１Ｃ（図１）、１１Ｄ（図１、図７）の取り付け部材に保持されたステージフレーム３（図１、図７）の浮上用電磁石固定子１２Ａ（図１）、１２Ｂ（図１、図７）、１２Ｃ（図１）、１２Ｄ（図１、図７）と、この浮上量を検出する４つの変位センサ１５Ａ（図１）、１５Ｂ（図１）、１５Ｃ（図１）、１５Ｄ（図１）と、ステージフレーム３を走行（Ｙ軸）方向に駆動するボイスコイルモータの固定子１６Ａ（図１）、１６Ｂ（図１）と、ステージフレーム２を走行方向と直交する方向（Ｘ軸方向）に駆動するボイスコイルモータの固定子１９（図１）と、が取り付けられている。

〈ステージフレーム３〉
ステージフレーム３（図１、図３、図４、図６、図７）には、ステージフレーム３の四隅に設けられた磁気浮上用電磁石の可動子１３Ａ（図１）、１３Ｂ（図１、図７）、１３Ｃ（図１）、１３Ｄ（図１、図７）と、粗動ステージ４の反力を受けて移動する範囲内を磁気浮上させる４つの電磁石固定子３１Ａ（図１、図３）、３１Ｂ（図１、図６）、３１Ｃ（図１、図３）、３１Ｄ（図１、図６）と、微動ステージ５を走査ストローク範囲内磁気浮上させる３つのボイスコールモータ固定子５１Ａ（図１、図４）、５１Ｂ（図１、図４）、５１Ｃ（図１、図４）と、粗動ステージ４を走査方向（Ｙ軸方向）に粗動駆動する２つのリニアモータ固定子３４Ａ（図４）、３４Ｂ（図４）と、粗動ステージ４の走査方向と直交する方向（Ｘ軸方向）に微小駆動する１つのボイスコイルモータ固定子３７（図１、図４）と、微動ステージ５を走査（Ｙ軸）方向に粗動駆動する２つのリニアモータ固定子５４Ａ（図１、図４）、５４Ｂ（図１、図４）と、粗動ステージ４の走査ストローク範囲内の浮上量を計測する４つの変位センサターゲット４４Ａ（図１、図３）、４４Ｂ（図１、図６）、４４Ｃ（図１、図３）、４４Ｄ（図１、図６）と、粗動ステージ４の走査（Ｙ軸）方向と直交した方向（Ｘ軸）の位置と回転角を計測するための２次元と１次元のエンコーダ走査ヘッド４２（図１、図４）と４４（図１、図４）と、ステージフレーム３を走査（Ｙ軸）方向に駆動する２つのリニアモータ可動子１７Ａ（図１）、１７Ｂ（図１）と、ステージフレーム３を走査（Ｙ軸）方向と直交する方向（Ｘ軸方向）に駆動する１つのリニアモータ可動子２０（図１）と、から構成されている。

〈粗動ステージ４〉
粗動ステージ４（図１、図２、図４、図６）には、浮上用電磁石の可動子３２Ａ（図１）、３２Ｂ（図１、図６）、３２Ｃ（図１）、３２Ｄ（図１、図６）、走査ストローク範囲の浮上量を計測する４つの変位センサ４５Ａ（図１）、４５Ｂ（図１、図６）、４５Ｃ（図１）、４５Ｄ（図１、図６）と、走査方向に粗動駆動する２つのリニアモータ可動子３５Ａ（図４）、３５Ｂ（図４）と、微動ステージ５（図１、図４）を走査方向に微小駆動する図示されていない２つのボイスコイル固定子５７Ａ（図３）、５７Ｂ（図３）と、微動ステージ５を走査方向と直交する方向に微小駆動する１つのボイスコイル固定子６０（図４）と、走査範囲の走査方向および走査方向と直交した方向の位置と回転角を検出する２次元エンコーダスケール４１（図１、図４）［例えば、独ハイデンハイン社製のＰＰ２８１Ｒ］と１次元エンコーダスケール４３（図１、図４）と、微動ステージ４の浮上量を検出する変位センサヘッド６３Ａ（図１、図４）、６３Ｂ（図１）、６３Ｃ（図１）と、から構成されている。

〈微動ステージ５〉
微動ステージ５（図１、図２、図４、図５）には、走査ストロークの範囲内を磁気浮上させる３つのボイスコールモータ可動子５２Ａ（図１、図５）、５２Ｂ（図１、図５）、５２Ｃ（図１）と、走査方向に粗動駆動する２つのリニアモータ可動子５５Ａ（図４）、５５Ｂ（図４）と、走査方向に微小駆動する２つのボイスコイル可動子５８Ａ（図３）、５８Ｂ（図３）と、走査方向と直交する方向に微小駆動する１つのボイスコイル可動子６１（図４）と、レーザ測長のための走査方向軸と直交方向計測用の反射ミラー７６と、走査方向と走査方向に対して上下方向の変位を計測する反射ミラー（図示なし）と、から構成されている。

〈粗動ステージ４と微動ステージ５間の移動制限手段〉
粗動ステージ４（図１、図２、図４、図６）と微動ステージ５（図１、図２、図４、図５）間の移動制限手段として、粗動ステージ４の４隅にマグネット７１Ａ（図２）、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄを、微動ステージ５の４隅にマグネット７２Ａ（図２）、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄを同極が対向するように配置し、それぞれの中間に走査方向側の緩衝材７３Ａ（図２）、７３Ｂ、７３Ｃ、７３Ｄ、走査方向と直交の方向側の緩衝材７４Ａ（図２）、７４Ｂ、７４Ｃ、７４Ｄが配置されている。

次に、動作について説明する。
〈ステージフレーム３の動作〉
ステージフレーム３（図１、図３、図４、図６、図７）は、４つの浮上電磁石１４Ａ（図１）（＝固定子１２Ａ（図１）＋可動子１３Ａ（図１））、１４Ｂ（図１、図７）（＝固定子１２B（図１、図７）＋可動子１３B（図１、図７））、１４Ｃ（図１）（＝固定子１２C（図１）＋可動子１３C（図１））、１４Ｄ（図１、図７）（＝固定子１２D（図１、図７）＋可動子１３D（図１、図７））によって浮上させ、変位センサ１５Ａ（図１）、１５Ｂ（図１）、１５Ｃ（図１）、１５Ｄ（図１）によって、ステージフレーム３とステージ定盤２との間の浮上量を計測して、一定の浮上量に制御する。ステージフレーム３は浮上しているので、粗動ステージ４と微動ステージ５が走査方向および走査方向と直交する方向に移動すると、その移動に伴う反力を受け、水平面内を反対方向に移動し、ステージ移動に伴う反力の振動がステージ外部に出さないようになっている。

〈粗動ステージ４の動作〉
粗動ステージ４（図１、図２、図４、図６）は、４つの電磁石３３Ａ（＝固定子３１Ａ（図１）＋可動子３２Ａ（図１））、３３Ｂ（図６）（＝固定子３１Ｂ（図１、図６）＋可動子３２Ｂ（図１、図６））、３３Ｃ（＝固定子３１Ｃ（図１）＋可動子３２Ｃ（図１））、３３Ｄ（図６）（＝固定子３１Ｄ（図１、図６）＋可動子３２Ｄ（図１、図６））で浮上させ、粗動ステージ４に取り付けられた変位センサ４５Ａ（図１）、４５Ｂ（図１、図６）、４５Ｃ（図１）、４５Ｄ（図１、図６）で、ステージフレーム３（図１、図７）に取り付けられたセンサターゲット４４Ａ（図１）、４４Ｂ（図１、図６）、４４Ｃ（図１）、４４Ｄ（図１、図６）との変位量を計測して浮上量を制御する。
浮上した粗動ステージ４は、リニアモータ３６Ａ（図４）（＝固定子３４Ａ（図４）＋可動子３５Ａ（図４））とリニアモータ３６Ｂ（図４）（＝固定子３４Ｂ（図４）＋可動子３５Ｂ（図４））で走査方向に粗動駆動を行う。
また、ステージフレーム３に設けられたボイスコイルモータ３９（図１、図４）（＝固定子３７（図１、図４）＋可動子３８（図１、図４））で、走査方向と直交する方向の位置を制御する。

〈微動ステージ５の動作〉
微動ステージ５（図１、図２、図４、図５）は、３つのボイスコールモータ５３Ａ（図１、図５）（＝固定子５１Ａ（図１、図４、図５）＋可動子５２Ａ（図１、図４、図５））と５３Ｂ（図１、図５）（＝固定子５１Ｂ（図１、図４、図５）＋可動子５２Ｂ（図１、図４、図５））と５３Ｃ（図１）（＝固定子５１Ｃ（図１、図４）＋可動子５２Ｃ（図１、図４））で浮上させ、浮上制御は粗動ステージ４（図１、図２、図４、図６）と微動ステージ５間の変位を変位センサ６３Ａ（図１、図４）、６３Ｂ（図１）、６３Ｃ（図１、図５）の３点で計測して行う。
ステージフレーム３に設けられたリニアモータ固定子５４Ａ（図１、図４）、５４Ｂ（図１、図４）と微動ステージ５に設けられた可動子５５Ａ（図４）、５５Ｂ（図４）で、粗動ステージ４と同期走査させる。
また、粗動ステージ４と微動ステージ５との間の走査方向の微小位置決めはボイスコイルモータ５９Ａ（図１、図３）（＝固定子５７Ａ（図３）＋可動子５８Ａ（図３））とボイスコイルモータ５９Ｂ（図１、図３）（＝固定子５７Ｂ（図３）＋可動子５８Ｂ（図３））で行ない、走査方向と直交する方向の微小位置決めはボイスコイルモータ６２（図１）（＝固定子６０（図４）＋可動子６１（図４））で行う。

〈ステージ装置１の初期化動作〉
ステージ装置（図１）１の初期化動作を説明する。
初期化動作は以下の手順で行われる。
（１）最初に、微動ステージ５（図１、図２、図４、図５）をボイスコイルモータ５３Ａ（図１、図５）と５３Ｂ（図１、図５）と５３Ｃ（図１）で浮上させ、非走査（Ｘ軸）方向のボイスコイルモータ６２（図１）を駆動して片側に引き寄せる。
（２）次に、粗動ステージ４（図１、図２、図４、図６）を電磁石３３Ａ、３３Ｂ（図６）、３３Ｃ、３３Ｄ（図６）で浮上させ、非走査（Ｘ軸）方向のボイスコイルモータ３９（図４）を駆動して片側に引き寄せる。
（３）最後に、ステージフレーム３（図１、図３、図４、図６、図７）を電磁石１４Ａ（図１）、１４Ｂ（図１、図７）、１４Ｃ（図１）、１４Ｄ（図１、図７）で浮上させ、非走行（Ｘ軸）方向のボイスコイルモータ２１（図１）を駆動して片側に引き寄せる。
（４）浮上動作と非走査（Ｘ軸）方向への位置合わせが完了すると、ステージフレーム３の制御を２次元エンコーダ２２Ａ（図１）、２２Ｂ（図１）に切り替え、原点位置に位置決めする。粗動ステージ４はリニアエンコーダスケール４１（図４）と走査ヘッド４２（図４）、リニアエンコーダスケール４３（図４）と走査ヘッド４４（図４）で制御し、原点位置に位置決めする。
（５）次に、微動ステージ５をレーザ測長器の制御に切り替え、レチクルセンタ位置決めと姿勢制御（走査（Ｘ軸）方向、非走査（Ｙ軸）方向）、上下方向（Ｚ軸）、Ｚ軸まわりの回転方向（θｚ）、Ｘ軸まわりの回転方向（θｘ）、Ｙ軸まわりの回転方向（θｙ））を行い、初期位置に位置決めする。
ステージ走査は粗動ステージ４の粗動モータ３６Ａ（図４）と３６Ｂ（図４）、微動ステージ５の粗動モータ５６Ａ（図４）と５６Ｂ（図４）に同一指令を与え、微小位置決めは微動ステージ５の走査（Ｙ軸）方向のボイスコイルモータ５９Ａ（図３）と５９Ｂ（図３）、非走査（Ｘ軸）方向のボイスコイルモータ６２（図１、図４）および磁気浮上用の３つのボイスコイルモータ５３Ａ（図１、図５）５３Ｂ（図１、図５）、５３Ｃ（図１）で６自由度の制御を行う。
万一、粗動ステージ４と微動ステージ５間が接近した場合は、衝突防止用に装着している粗・微動ステージ間衝突保護７０Ａ（図１）、７０Ｂ（図１）、７０Ｃ（図１）、７０Ｄ（図１）のマグネット反発力と緩衝材で衝突を防止する。

〈実施例１が特許文献１と異なる点〉
実施例１が特許文献１と異なる点は、微動ステージ５側にも粗動駆動の機能を付加し、粗動ステージ４に同期して走査（Ｙ軸）方向の粗動駆動を行わせることで、微動ステージ５の走査（Ｙ軸）方向の微小駆動用のモータ容量に低く抑え、微動ステージ５の非接触支持をステージフレーム３との間で行うことにより、微動ステージ５と粗動ステージ４の小型軽量化を同時に図った点である。

〈実施例１の効果〉
この軽量化によって、ステージのすべての可動部を磁気浮上による非接触支持を実現することで、パーティクルレスとガイド部の摩擦を皆無とし、また真空環境下での使用も可能にしたことである。
さらに粗動ステージ４と微動ステージ５の移動に伴う反力をすべてステージフレーム３で受けるステージ外部に振動を出さない構成とし、ステージ装置全体の形状の小型化を実現したことである。

実施例２として、微動ステージ４の微小駆動の他の構成を示す。
図８は、本発明のステージ装置の平面図であり、図９〜図１３は図８に示す各縦断面を同じくＹ方向から見た側面図である。

〈実施例２が実施例１と異なる点〉
実施例２が実施例１と異なる点は、微動ステージ５の走査（Ｙ軸）方向と直交した方向（Ｘ軸方向）に駆動するボイスコイルモータ２つを微動ステージ５の対角の位置に配置し、走査（Ｙ軸）方向に微小駆動するボイスコイルを走査（Ｙ軸）方向の中心に１つ配置したことである。この微動ステージ５の微小駆動モータの配置を除き、その他の構成は実施例１と同一である。

〈実施例２の特徴的構成の説明〉
この配置が異なる微動ステージ駆動部の構成のみ説明する。
粗動ステージ４には、微動ステージ５を走査（Ｙ軸）方向に微小駆動する１つのボイスコイルモータ固定子６４（図９）と走査方向と直交する方向に微小駆動する２つのボイスコイルモータ固定子６７Ａ（図１２）、６７Ｂ（図１０）が組み込まれている。
微動ステージ５には、走査方向に微小駆動する１つのボイスコイルモータ可動子６５（図９）と、微動ステージ５を走査方向と直交する方向に駆動する２つのボイスコイル可動子６８Ａ（図１２）、６８Ｂ（図１０）が組み込まれている。

〈実施例２の動作〉
次に、実施例２の動作について説明する。
微動ステージ５の走査方向と走査方向と直交する方向の微小位置決めは、それぞれのボイスコイルモータ６６（図８）（＝固定子６４（図９）＋可動子６５（図９））、ボイスコイルモータ６９Ａ（図８、図１２）（＝固定子６７Ａ（図１２）＋可動子６８Ａ（図１２））、ボイスコイルモータ６９Ｂ（図８、図１０）（＝固定子６７Ｂ（図１０）＋可動子６８Ｂ（図１０）で行う。
微動ステージ５を回転させるときは、６９Ａ（図８、図１２）、６９Ｂ（図８、図１０）のボイスコイルモータに、Ｘ＋方向とＸ−方向またはＸ−方向とＸ＋方向の推力指令を与える。
また、Ｘ軸方向に平行移動させるときは、ともにＸ＋方向とＸ＋方向、Ｘ−方向とＸ−方向の推力指令を与える。走査方向の微小駆動はボイスコイルモータ６６（図８）によって行う。

〈本発明のステージ装置を備えた露光装置の構成〉
図１４は、本発明のレチクルステージ装置を備えた露光装置の概念図である。
８１は露光装置であり、８２は露光装置８１を収納する真空チェンバーである。８３は光源であり、波長０．１〜４００ｎｍのＥＵＶ光を発する。
８４はレチクルステージ装置であり、本発明の実施例１又は実施例２で説明した６自由度位置の決め装置を用いている。
レチクルステージ装置８４の下面にはレチクル８５が取り付けられている。レチクル８５にはウェハ８６に形成される回路のパターンが描かれている。
ウェハ８６はウェハステージ８７に載置されている。

〈露光装置の動作〉
光源８３を発したＥＵＶ光は集光ミラー８８で集光され、レチクル８５で反射され、凹面ミラー８９、凹面ミラー９０、９１、凹面ミラー９２の順に反射を繰り返して、ウェハ８６に達する。また、レチクルステージ装置８４およびウェハステージ８７は、ウェハ８６の表面にレチクル８５上に描かれた回路パターンの縮小像をウェハ８６上に形成するように、相対的に位相を合せて移動する。

本発明は、半導体製造やバイオ等の分野や真空環境下で、対象物を平面内で自在に位置決めするステージ装置として有用である。

１：ステージ装置
２：ステージ定盤
３：ステージフレーム
４：粗動ステージ
５：微動ステージ
６：静電チャック
７：レチクル
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ：ステージフレーム磁気浮上用電磁石固定子の取付具
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ：電磁石固定子（ステージフレーム磁気浮上用）
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ：電磁石可動子（ステージフレーム磁気浮上用）
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ：電磁石（ステージフレーム磁気浮上用）
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ：変位センサ（ステージフレーム浮上量検出用）
１６Ａ、１６Ｂ：ボイスコイルモータ固定子（ステージフレーム走査方向駆動用）
１７Ａ、１７Ｂ：ボイスコイルモータ可動子（ステージフレーム走査方向駆動用）
１８Ａ、１８Ｂ：ボイスコイルモータ（ステージフレーム走査方向）
１９：ボイスコイルモータ固定子（ステージフレーム走査方向と直交の軸駆動用）
２０：ボイスコイルモータ可動子（ステージフレーム走査方向と直交の軸駆動用）
２１：ボイスコイルモータ（ステージフレーム走査方向と直交の軸駆動用）
２２Ａ、２２Ｂ：２次元エンコーダ（ステージフレーム走行方向、直交方向、回転検出）
３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ：電磁石固定子（粗動ステージ磁気浮上用）
３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄ：電磁石可動子（粗動ステージ磁気浮上用）
３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄ：電磁石（粗動ステージ磁気浮上用）
３４Ａ、３４Ｂ：リニアモータ固定子（粗動ステージ駆動用）
３５Ａ、３５Ｂ：リニアモータ可動子（粗動ステージ駆動用）
３６Ａ、３６Ｂ：リニアモータ（粗動ステージ駆動用）
３７：ボイスコイルモータ固定子（粗動ステージ走査方向と直交の軸）
３８：ボイスコイルモータ可動子（粗動ステージ走査方向と直交の軸）
３９：ボイスコイルモータ（粗動ステージ走査方向と直交の軸）
４１：２次元エンコーダスケール（粗動スケール）
４２：２次元エンコーダ走査ヘッド（粗動ステージ）
４３：１次元エンコーダスケール（粗動スケール）
４４：１次元エンコーダ走査ヘッド（粗動ステージ）
４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄ：変位センサターゲット（粗動ステージ浮上量検出用）
４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄ：変位センサ（粗動ステージ浮上量検出用）
５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ：Ｚ軸ボイスコイルモータ固定子（微動ステージ磁気浮上用）
５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ：Ｚ軸ボイスコイルモータ可動子（微動ステージ磁気浮上用）
５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ：Ｚ軸ボイスコイルモータ（微動ステージ磁気浮上用）
５４Ａ、５４Ｂ：リニアモータ固定子（微動ステージ粗動駆動用）
５５Ａ、５５Ｂ：リニアモータ可動子（微動ステージ粗動駆動用）
５６Ａ、５６Ｂ：リニアモータ（微動ステージ粗動駆動用）
５７Ａ、５７Ｂ：ボイスコイルモータ固定子（微動ステージ走査軸微動駆動用）
５８Ａ、５８Ｂ：ボイスコイルモータ可動子（微動ステージ走査軸微動駆動用）
５９Ａ、５９Ｂ：ボイスコイルモータ（微動ステージ走査軸微動駆動用）
６０：ボイスコイルモータ固定子（微動ステージ走査方向と直行の軸の微動駆動用）
６１：ボイスコイルモータ可動子（微動ステージ走査方向と直行の軸の微動駆動用）
６２：ボイスコイルモータ（微動ステージ走査方向と直行の軸の微動駆動用）
６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ：変位センサ（微動ステージ浮上量検出用）
６４：ボイスコイルモータ固定子（第２実施例の微動ステージ走査軸微動駆動用）
６５：ボイスコイルモータ可動子（第２実施例の微動ステージ走査軸微動駆動用）
６６：ボイスコイルモータ（第２実施例の微動ステージ走査軸微動駆動用）
６７Ａ、６７Ｂ：ボイスコイルモータ固定子（第２実施例の微動ステージ走査方向と直行の軸の微動駆動用）
６８Ａ、６８Ｂ：ボイスコイルモータ可動子（第２実施例の微動ステージ走査方向と直行の軸の微動駆動用）
６９Ａ、６９Ｂ：ボイスコイルモータ（第２実施例の微動ステージ走査方向と直行の軸の微動駆動用）
７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄ：粗・微動ステージ間衝突保護
７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄ：粗動ステージ側に設けたマグネット
７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄ：微動ステージ側に設けたマグネット
７３Ａ、７３Ｂ、７３Ｃ、７３Ｄ：緩衝材（走査方向の衝突防止用）
７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ、７４Ｄ：緩衝材（走査方向と直交の方向の衝突防止用）
７６：反射ミラー（レーザ測長器走査方向と直交の軸の変位計測用）
８１：露光装置
８２：真空チェンバ
８３：光源
８４：レチクルステージ装置
８５：レチクル（マスク）
８６：ウェハ
８７：ウェハステージ
８８：集光ミラー
８９：凹面ミラー
９０：凸面ミラー
９１：凸面ミラー
９２：凹面ミラー

Claims

ステージ定盤に対してステージフレームを浮上させる第１浮上手段と、
該ステージフレームに対して粗動ステージを浮上させる第２浮上手段と、
前記ステージフレームに対して微動ステージを浮上させる第３浮上手段と、
前記ステージフレームを該ステージ定盤に対して水平面内の第１軸方向移動する第１駆動手段と、
前記ステージフレームを該ステージ定盤に対して前記第１軸に前記水平面内で直交する第２軸方向に移動する第２駆動手段と、
該粗動ステージを前記ステージフレームに対して水平面内の第１軸方向に移動する第３駆動手段と、
前記粗動ステージを前記ステージフレームに対して前記第１軸に前記水平面内で直交する第２軸方向に移動する第４駆動手段と、
該微動ステージを前記ステージフレームに対して前記１軸方向に移動する第５駆動手段と、
前記微動ステージを前記粗動ステージに対して前記１軸方向に微小に移動する第６駆動手段と、
前記微動ステージを前記粗動ステージに対して前記２軸方向に微小に移動する第７駆動手段と、
前記微動ステージを前記粗動ステージに対して移動する範囲を制限する移動制限手段と、
を備えたことを特徴とするステージ装置。
前記粗動ステージの前記第３駆動手段と前記微動ステージの前記第５駆動手段に同一の移動指令を与え同期移動させる制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
前記第１浮上手段は、前記ステージフレームが前記粗動ステージおよび前記微動ステージの走行によって生じる反力を受けて移動する領域内を浮上制御させる少なくとも３つの磁気浮上電磁石であり、
前記第２浮上手段は、前記粗動ステージを第１軸方向の全移動領域を浮上制御させる４つの磁気浮上電磁石であり、
前記第３浮上手段は、前記微動ステージを第１軸方向の全移動領域および前記微動ステージの前記第２軸の移動領域を磁気浮上制御させる少なくとも３つのボイスコイルモータであることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
前記第１駆動手段と前記第２駆動手段は、前記ステージフレームを該ステージ定盤に対して水平面内の第１軸方向と前記第１軸に前記水平面内で直交する第２軸方向に移動させるボイスコイルモータであり、
前記第３駆動手段は、前記粗動ステージを前記第１軸方向に移動させるリニアモータであり、
前記第４駆動手段は、前記粗動ステージを前記第２軸方向に移動させるボイスコイルモータであり、
前記第５駆動手段は、前記微動ステージを前記第１軸方向に移動させるリニアモータであり、
前記第６駆動手段と第７駆動手段は、前記粗動ステージに対して前記１軸方向および前記２軸方向に微小に移動するボイスコイルモータであることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
前記移動制限手段は、前記粗動ステージと前記微動ステージが近接する前記第１軸方向の四隅に、同極のマグネットが対向するように少なくとも４組を配置し、マグネットとの間に弾性体の衝撃緩和材を配置したことを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
真空チャンバーと、前記真空チャンバー内にある光源と、前記真空チャンバー内にあってレチクルを取り付けるためのステージ装置と、前記真空チャンバー内にあるウェハ載置用ウェハステージと、前記真空チャンバー内にあって前記光源からの光をレチクルの上に集光する集光ミラーと、前記真空チャンバー内にあって前記レチクルで反射された光を反射させて最終的にウェハに達せしめる光学系ミラーと、から成る露光装置において、前記ステージ装置として請求項１〜５のいずれか１項に記載のステージ装置を備え、前記ステージ装置によって搬送物を位置決めすることを特徴とする露光装置。