JP2013157369A - ステージ移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステージの高速移動を可能にするとともにステージの位置を高精度に制御する。
【解決手段】パターン描画装置１は、定盤１１、下ステージ３、下ステージ移動機構２、上ステージ５および上ステージ移動機構４を備える。下ステージ移動機構２は、定盤１１の定盤面１２に平行に伸びるとともに下ステージ３に接続されて長手方向に進退する第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１を備える。また、上ステージ移動機構４は、下ステージ３の上面３１に平行に伸びるとともに上ステージ５に接続されて長手方向に進退する第１上シャフト、第２上シャフトおよび第３上シャフトを備える。これにより、ステージ移動機構全体の重心を低くしてピッチングを防止または抑制しつつ、下ステージ３および上ステージ５の高速移動を可能とすることができる。また、移動制御における位置精度を向上することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステージ移動装置に関する。

従来より、半導体基板や液晶表示装置等のガラス基板（以下、単に「基板」という。）に光を照射してパターンを描画する装置では、基板を保持するステージを水平面内にて回転し、また、主走査方向、および、主走査方向に垂直な副走査方向に移動する移動機構が設けられる。移動機構は、例えば、ステージの下側に配置された回転用モータ、回転用モータを下側から支持する支持台、支持台の下側に配置されたリニアガイドに沿って支持台を副走査方向に移動するリニアモータ、リニアモータを下側から支持する他の支持台、および、当該支持台の下側に配置されたリニアガイドに沿って当該支持台を主走査方向に移動する他のリニアモータを備える。

また、特許文献１では、定盤上に設置されたＸＹ粗動ステージと、ＸＹ粗動ステージ上に設置された微動テーブルとを備えるステージ装置が開示されている。ＸＹ粗動ステージは、Ｙ方向に伸びるエアシリンダと、当該エアシリンダのスライダに固定されたＸ方向に伸びるエアシリンダとを備える。微動テーブルは、Ｘ方向に伸びるエアシリンダのスライダに固定される。微動テーブルは、上下方向に伸びる４本のピエゾアクチュエータと、水平方向に伸びる２本のピエゾアクチュエータと、これら６本のピエゾアクチュエータに支持される三角テーブルとを備える。

特開２００２−３５９１７０号公報

ところで、特許文献１のステージ装置では、互いに垂直な方向に伸びる２組のエアシリンダがＸＹ粗動ステージに設けられ、さらに、６本のピエゾアクチュエータが微動テーブルに設けられる。このため、ステージ装置の部品点数が多くなり、装置の製造コストが増大してしまうとともに、各部品の振動によりステージの移動制御における位置精度の向上に限界がある。

また、特許文献１のステージ装置は、上下方向に伸びるピエゾアクチュエータが複数のエアシリンダ上に設けられる構造を有するため、三角テーブルを含む移動構造の重心が高くなる。このため、三角テーブルを高速で移動しようとするとピッチングが生じてしまい、三角テーブルの移動の高速化に限界がある。なお、当該ステージ装置では、ＸＹ粗動ステージを大きく回動する機構は設けられていないが、仮に回動構造を設けようとすると、移動構造全体の重心はより高くなる。

さらに、微動テーブルでは、６本のピエゾアクチュエータの制御が複雑であるため、制御周期（サンプリング周期）を短くすることが困難である。また、三角テーブルを支持するピエゾアクチュエータの剛性が低いため、三角テーブルの高速移動や高精度な位置制御を実現することは難しい。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ステージの高速移動を可能にするとともにステージの位置を高精度に制御することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、ステージ移動装置であって、下ステージ支持部と、前記下ステージ支持部が有する平面である下ステージ支持面上に配置される下ステージと、先端部が前記下ステージ支持面に垂直な第１下ステージ軸および第２下ステージ軸を中心としてそれぞれ、前記下ステージに対して相対的に回動可能に前記下ステージに接続されるとともに前記下ステージ支持面に平行に伸びる第１下シャフトおよび第２下シャフトと、前記下ステージ支持面に垂直な第１下支持軸を中心として回動可能に前記第１下シャフトを支持するとともに、前記第１下シャフトを長手方向に進退することにより前記第１下シャフトの支持位置から前記下ステージまでの前記第１下シャフトの長さを変更する第１下シャフト進退機構と、前記下ステージ支持面に垂直な第２下支持軸を中心として回動可能に前記第２下シャフトを支持するとともに、前記第２下シャフトを長手方向に進退することにより前記第２下シャフトの支持位置から前記下ステージまでの前記第２下シャフトの長さを変更する第２下シャフト進退機構と、前記下ステージ支持面に垂直な軸を中心とする前記下ステージの向きを決定する向き決定機構と、前記下ステージの位置および向きを指示する下ステージ位置指示値に基づいて、前記第１下シャフトの前記支持位置から前記下ステージまでの前記第１下シャフトの長さ、および、前記第２下シャフトの前記支持位置から前記下ステージまでの前記第２下シャフトの長さを求め、前記第１下シャフト進退機構、前記第２下シャフト進退機構および前記向き決定機構を制御する下ステージ移動制御部と、前記下ステージが有する平面である上ステージ支持面上に配置される上ステージと、先端部が前記上ステージ支持面に垂直な第１上ステージ軸を中心として、前記上ステージに対して相対的に回動可能に前記上ステージに接続されるとともに前記上ステージ支持面に平行に伸びる第１上シャフトと、先端部が前記上ステージ支持面に垂直な第２上ステージ軸を中心として、前記上ステージに対して相対的に回動可能に前記上ステージに接続されるとともに前記上ステージ支持面に平行に伸びる第２上シャフトと、先端部が前記上ステージ支持面に垂直な第３上ステージ軸を中心として、または、前記第１上ステージ軸もしくは前記第２上ステージ軸を中心として、前記上ステージに対して相対的に回動可能に前記上ステージに接続されるとともに前記上ステージ支持面に平行に伸びる第３上シャフトと、前記上ステージ支持面に垂直な第１上支持軸を中心として回動可能に前記第１上シャフトを支持するとともに、前記第１上シャフトを長手方向に進退することにより前記第１上シャフトの支持位置から前記上ステージまでの前記第１上シャフトの長さを変更する第１上シャフト進退機構と、前記上ステージ支持面に垂直な第２上支持軸を中心として回動可能に前記第２上シャフトを支持するとともに、前記第２上シャフトを長手方向に進退することにより前記第２上シャフトの支持位置から前記上ステージまでの前記第２上シャフトの長さを変更する第２上シャフト進退機構と、前記上ステージ支持面に垂直な第３上支持軸を中心として回動可能に前記第３上シャフトを支持するとともに、前記第３上シャフトを長手方向に進退することにより前記第３上シャフトの支持位置から前記上ステージまでの前記第３上シャフトの長さを変更する第３上シャフト進退機構と、前記上ステージの位置および向きを指示する上ステージ位置指示値に基づいて、前記第１上シャフトの前記支持位置から前記上ステージまでの前記第１上シャフトの長さ、前記第２上シャフトの前記支持位置から前記上ステージまでの前記第２上シャフトの長さ、および、前記第３上シャフトの前記支持位置から前記上ステージまでの前記第３上シャフトの長さを求め、前記第１上シャフト進退機構、前記第２上シャフト進退機構および前記第３上シャフト進退機構を制御する上ステージ移動制御部とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のステージ移動装置であって、前記第１上シャフト進退機構、前記第２上シャフト進退機構および前記第３上シャフト進退機構がそれぞれ、前記第１上シャフト、前記第２上シャフトおよび前記第３上シャフトを長手方向に進退する圧電素子を備える。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のステージ移動装置であって、前記第１上シャフトの前記先端部が、弾性変形することにより前記第１上ステージ軸を中心として、前記第１上シャフトを前記上ステージに対して相対的に回動させる弾性ヒンジを備え、前記第２上シャフトの前記先端部が、弾性変形することにより前記第２上ステージ軸を中心として、前記第２上シャフトを前記上ステージに対して相対的に回動させる弾性ヒンジを備え、前記第３上シャフトの前記先端部が、弾性変形することにより前記第３上ステージ軸を中心として、前記第３上シャフトを前記上ステージに対して相対的に回動させる弾性ヒンジを備える。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のステージ移動装置であって、前記上ステージの下面から前記上ステージ支持面に向けて、または、前記上ステージ支持面から前記上ステージの前記下面に向けてガスを噴出することにより、前記上ステージを前記上ステージ支持面から浮上させる上ステージ浮上部をさらに備える。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のステージ移動装置であって、前記上ステージ浮上部が、前記上ステージの外周部において前記上ステージの前記下面および上面に対向する複数のエアパッドを備え、前記上ステージ支持面が、前記複数のエアパッドの前記上ステージの前記下面に対向する面を含み、前記複数のエアパッドから、前記上ステージの前記下面および前記上面に向けてガスが噴出されることにより、前記上ステージが前記複数のエアパッドに非接触にて支持される。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のステージ移動装置であって、前記下ステージの位置および向きを測定する下ステージ位置測定部と、前記上ステージの前記下ステージに対する相対的な位置および向きを測定する上ステージ位置測定部とをさらに備え、前記下ステージ移動制御部が、前記下ステージ位置指示値および前記下ステージ位置測定部からの出力に基づいて前記第１下シャフト進退機構、前記第２下シャフト進退機構および前記向き決定機構を制御し、前記上ステージ位置指示値が、前記上ステージの前記下ステージに対する相対的な位置および向きを指示する値であり、前記上ステージ移動制御部が、前記上ステージ位置指示値および前記上ステージ位置測定部からの出力に基づいて前記第１上シャフト進退機構、前記第２上シャフト進退機構および前記第３上シャフト進退機構を制御する。

本発明では、ステージの高速移動を可能にするとともにステージの位置を高精度に制御することができる。

第１の実施の形態に係るパターン描画装置の平面図である。 パターン描画装置の側面図である。 下ステージの底面図である。 第１下シャフト進退機構近傍の断面図である。 第２下シャフト進退機構近傍の断面図である。 下ステージの側面図である。 上ステージの底面図である。 上ステージおよび上ステージ移動機構の平面図である。 第１上アクチュエータの拡大図である。 制御部のブロック図である。 ステージが移動する際の第１シャフトの長さの変化を示す図である。 ステージが移動する際の第２シャフトの長さの変化を示す図である。 ステージが移動する際の第１シャフトの傾きの変化を示す図である。 ステージが移動する際の第１シャフトの長さの変化を示す図である。 ステージが移動する際の第２シャフトの長さの変化を示す図である。 ステージが移動する際の第１シャフトの傾きの変化を示す図である。 ステージが移動する際の第１シャフトの長さの変化を示す図である。 ステージが移動する際の第２シャフトの長さの変化を示す図である。 ステージが移動する際の第１シャフトの傾きの変化を示す図である。 ステージが移動する際の第１シャフトの長さの変化を示す図である。 ステージが移動する際の第２シャフトの長さの変化を示す図である。 ステージが移動する際の第１シャフトの傾きの変化を示す図である。 ステージの移動制御の流れを示す図である。 ステージの移動制御の流れを示す図である。 空間光変調器を拡大して示す図である。 光変調素子の断面を示す図である。 光変調素子の断面を示す図である。 第２の実施の形態に係るパターン描画装置の平面図である。 ステージの断面図である。 第３の実施の形態に係るパターン描画装置の平面図である。 第４の実施の形態に係るパターン描画装置の平面図である。 第１シャフト、第１シャフト進退機構および第１リニアロッドの平面図である。 第１シャフト、第１シャフト進退機構および第１リニアロッドの断面図である。 第１シャフト、第１シャフト進退機構および第１リニアロッドの断面図である。 第２シャフト、第２シャフト進退機構および第２リニアロッドの断面図である。 第２シャフト、第２シャフト進退機構および第２リニアロッドの断面図である。 第１リニアロッドの先端部近傍を拡大して示す側面図である。 第１ボールジョイントの断面図である。 第５の実施の形態に係るパターン描画装置の平面図である。 第６の実施の形態に係るパターン描画装置の平面図である。 他の第１ボールジョイントの断面図である。 第７の実施の形態に係るパターン描画装置の上ステージおよび上ステージ移動機構の平面図である。 第８の実施の形態に係るパターン描画装置の上ステージおよび上ステージ移動機構の平面図である。 エアパッドの拡大図である。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るパターン描画装置１の構成を示す平面図であり、図２は、パターン描画装置１の側面図である。パターン描画装置１は、半導体基板９（以下、単に「基板９」という。）上の感光材料に光を利用してパターンを描画する装置である。

図１および図２に示すように、パターン描画装置１は、定盤１１、下ステージ３、下ステージ移動機構２、上ステージ５、上ステージ移動機構４、ステージ位置測定部６、チャンバ１４、光照射部１５、および、制御部７を備える。定盤１１は、下ステージ３を支持する下ステージ支持部である。下ステージ３は、定盤１１が有する平面である定盤面１２（すなわち、下ステージ支持面）上に配置される。下ステージ移動機構２は、下ステージ３を定盤面１２に沿って移動する。

下ステージ３は、上ステージ５を支持する上ステージ支持部である。上ステージ５は、下ステージ３の上面３１上に配置される。下ステージ３の上面３１、すなわち、下ステージ３が有する平面である上ステージ支持面は、平面視において略矩形である。また、基板９を支持する上ステージ５の上面５１は、下ステージ３の上面３１に平行であり、平面視において略円形である。上ステージ移動機構４は、上ステージ５を下ステージ３の上面３１に沿って移動する。パターン描画装置１では、下ステージ移動機構２により下ステージ３を大きく高速に移動させ、上ステージ移動機構４により上ステージ５を微小距離だけ高精度に移動させる。

上ステージ５および下ステージ３は、定盤１１上に配置されるチャンバ１４の内部に収容される。チャンバ１４は、定盤１１上における下ステージ３の移動範囲（図１において二点鎖線にて示す。）を覆い、チャンバ１４の内部空間と外部との間の熱の移動を遮断、または、低減する。図１および図２では、図の理解を容易にするために、チャンバ１４を太破線にて描き、チャンバ１４の内部の構成を実線にて描く。本実施の形態では、チャンバ１４はアルミニウム等の金属により形成される。

チャンバ１４の内部には、光照射部１５およびステージ位置測定部６も収容される。光照射部１５は、下ステージ３を跨ぐフレーム（図示省略）に取り付けられる。ステージ位置測定部６は、定盤面１２上における下ステージ３の位置および向きを測定する下ステージ位置測定部６１と、下ステージ３に対する上ステージ５の相対的な位置および向きを測定する上ステージ位置測定部６４（図８参照）とを備える。パターン描画装置１では、基板９が上ステージ５の上面５１に吸着保持され、基板９の上面上に形成された感光材料の層に向けて、光照射部１５により変調された光が照射される。

図３は、下ステージ３の底面図である。図３に示すように、下ステージ３の下面の４つの角部近傍には下ステージ浮上部であるガス噴出部３５（いわゆる、エアパッド）が設けられ、ガス噴出部３５には、図示省略のフレキシブルチューブが接続される。図２に示すパターン描画装置１では、ガス噴出部３５から定盤１１の定盤面１２に向けてガス（本実施の形態では、圧縮空気）が噴出されることにより下ステージ３が定盤面１２から浮上し、下ステージ３が定盤１１と非接触の状態にて下ステージ移動機構２により移動する。ガス噴出部３５に供給される圧縮空気の温度は、チャンバ１４の内部空間を適温に保つように調整されている。

図１に示すように、下ステージ移動機構２は、それぞれ下ステージ３の（−Ｙ）側に配置される第１下シャフトモータ２１、第２下シャフトモータ２２、および、下シャフト回動機構２３を備える。第１下シャフトモータ２１は、図１および図２に示すように、定盤１１の定盤面１２に平行に伸びる第１下シャフト２１１、および、第１下シャフト２１１を支持するとともに第１下シャフト２１１を長手方向（すなわち、第１下シャフト２１１の伸びる方向）に進退する第１下シャフト進退機構２１２（いわゆる、コイル部）を備える。図１に示す第２下シャフトモータ２２は、第１下シャフトモータ２１と同様に、定盤面１２に平行に伸びる第２下シャフト２２１、および、第２下シャフト２２１を支持するとともに第２下シャフト２２１を長手方向に進退する第２下シャフト進退機構２２２を備える。

図１および図２に示すように、第１下シャフト進退機構２１２および第２下シャフト進退機構２２２はそれぞれチャンバ１４の外側に配置される。第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１は、チャンバ１４の（−Ｙ）側の側面に形成された２つの開口１４１からチャンバ１４内に挿入され、開口１４１のエッジと第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１との間の間隙は、柔軟で容易に変形するベローズ１４２により覆われる。これにより、チャンバ１４の内部空間が密閉される。

図４は、第１下シャフト進退機構２１２近傍の部位を第１下シャフト２１１の長手方向に平行に切断した断面図である。図４に示すように、第１下シャフトモータ２１の第１下シャフト進退機構２１２の下側には、回転型サーボモータである下シャフト回動機構２３が配置される。下シャフト回動機構２３は定盤１１に埋め込まれており、定盤面１２から垂直に突出する第１下支持軸２１３には第１下シャフト進退機構２１２が接続される。第１下シャフト進退機構２１２は第１下支持軸２１３と共に（すなわち、第１下支持軸２１３を中心として）回動可能であり、下シャフト回動機構２３により第１下シャフト進退機構２１２が回動することにより第１下シャフト２１１の向きが決定される。

図５は、第２下シャフト進退機構２２２近傍の部位を第２下シャフト２２１の長手方向に平行に切断した断面図である。図５に示すように、第２下シャフトモータ２２の第２下シャフト進退機構２２２の下側には定盤面１２に垂直な第２下支持軸２２３が設けられ、第２下支持軸２２３は、定盤面１２に形成された凹部１２５内のエアパッド１２６により支持される。エアパッド１２６には、定盤１１内に形成された流路（図示省略）を介して圧縮空気が供給されており、第２下シャフト進退機構２２２は第２下支持軸２２３を中心として回動可能である。

図６は、下ステージ３を（−Ｘ）側から見た側面図である。図１および図６に示すように、下ステージ３の（−Ｘ）側かつ（−Ｙ）側の角部には略直方体状の凹部３２が設けられる。凹部３２は、下ステージ３のＺ方向のおよそ中央部に位置し、下ステージ３の（−Ｘ）側および（−Ｙ）側の側面に開口している。凹部３２内には、定盤面１２に垂直な第１下ステージ軸３３１が設けられ、第１下ステージ軸３３１の両端部は、下ステージ本体３０のうち凹部３２の上側および下側を覆う部位に固定される。第１下シャフト２１１の先端部は、第１下ステージ軸３３１にエアベアリング等を介して回動可能に接続される。

図１に示すように、下ステージ３の（＋Ｘ）側かつ（−Ｙ）側の角部にも、上記と同様の凹部３２が形成されており、凹部３２内には、第２下シャフト２２１の先端部がエアベアリング等を介して回動可能に接続される第２下ステージ軸３３２が設けられて下ステージ本体３０に固定される。換言すれば、第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１の先端部はそれぞれ、定盤面１２に垂直な第１下ステージ軸３３１および第２下ステージ軸３３２を中心として、下ステージ３に対して相対的に回動可能に下ステージ３に接続される。第１下ステージ軸３３１および第２下ステージ軸３３２は、下ステージ３のＸ方向を向く中心線上にて互いに離間して配置される。

本実施の形態では、下ステージ３の第１下ステージ軸３３１と第２下ステージ軸３３２との間のＸ方向の距離は３００ｍｍである。また、下ステージ３のＸ方向およびＹ方向の長さは４００ｍｍであり、下ステージ３のＸ方向およびＹ方向における移動範囲は７５０ｍｍである。第１下シャフト進退機構２１２の第１下支持軸２１３（図４参照）および第２下ャフト進退機構２２２の第２下支持軸２２３（図５参照）もＸ方向に離間して配置され、第１下支持軸２１３と第２下支持軸２２３との間のＸ方向の距離は９５０ｍｍである。

下ステージ移動機構２では、第１下シャフト進退機構２１２により第１下シャフト２１１が長手方向に進退することにより、第１下シャフト２１１の支持位置から下ステージ３までの（すなわち、第１下シャフト進退機構２１２から下ステージ３までの）第１下シャフト２１１の長さが変更される。また、第２下シャフト進退機構２２２により第２下シャフト２２１が長手方向に進退することにより、第２下シャフト２２１の支持位置から下ステージ３までの第２下シャフト２２１の長さが変更される。

さらに、下シャフト回動機構２３により第１下シャフト２１１が第１下支持軸２１３（図４参照）を中心として回動され、第２下シャフト２２１も第２下支持軸２２３（図５参照）を中心として回動する。その結果、下ステージ３が所望の向きにて所望の位置へと移動する。下ステージ３の位置とは、下ステージ３の中心の水平面内における位置であり、下ステージ３の向きとは、水平方向を向く所定の基準方向に対する下ステージ３の水平面内における傾きである。下ステージ移動機構２では、下シャフト回動機構２３が、定盤面１２に垂直な軸を中心とする下ステージ３の向きを決定する向き決定機構となっている。

図７は、上ステージ５を拡大して示す底面図である。図５に示すように、上ステージ５の下面５４には、上ステージ浮上部である３つのガス噴出部５５（いわゆる、エアパッド）が設けられる。３つのガス噴出部５５は、上ステージ５の下面５４の外周部において、周方向に等角度間隔にて配置される。パターン描画装置１では、ガス噴出部５５から下ステージ３の上面３１に向けてガス（本実施の形態では、圧縮空気）が噴出されることにより、図２に示すように、上ステージ５が下ステージ３の上面３１から浮上し、上ステージ５が下ステージ３の上面３１と非接触の状態にて上ステージ移動機構４により移動する。ガス噴出部５５に供給される圧縮空気の温度は、チャンバ１４の内部空間を適温に保つように調整されている。

また、上ステージ５の外周部には、図７に示すように、側面に向かって開口する３つの凹部５２が設けられる。３つの凹部５２内にはそれぞれ、第１上ステージ軸５３１、第２上ステージ軸５３２および第３上ステージ軸５３３が設けられる。第１上ステージ軸５３１、第２上ステージ軸５３２および第３上ステージ軸５３３はそれぞれ、上ステージ５の上面５１および下ステージ３の上面３１に垂直な略円柱状であり、上ステージ５の周方向において等角度間隔にて配置される。上ステージ５では、３つのガス噴出部５５と３つの凹部５２とが、周方向において交互に配置される。

図８は、上ステージ５および上ステージ移動機構４近傍の構成を拡大して示す平面図である。図８に示すように、上ステージ移動機構４は、上ステージ５の（−Ｘ）側、（＋Ｘ）側および（＋Ｙ）側にそれぞれ配置される第１上アクチュエータ４１、第２上アクチュエータ４２および第３上アクチュエータ４３を備える。第１上アクチュエータ４１、第２上アクチュエータ４２および第３上アクチュエータ４３はそれぞれ、第１上ステージ軸５３１、第２上ステージ軸５３２および第３上ステージ軸５３３を介して上ステージ５に接続される。

図９は、第１上アクチュエータ４１を拡大して示す図である。図９では、第１上アクチュエータ４１の一部を断面にて示す。第２上アクチュエータ４２および第３上アクチュエータ４３の構造も、以下に説明する第１上アクチュエータ４１の構造と同様である。第１上アクチュエータ４１は、図９中の右側に位置する第１上シャフト４１１と、図９中の左側に位置する第１上シャフト進退機構４１２とを備える。第１上シャフト４１１および第１上シャフト進退機構４１２は、下ステージ３の上面３１に平行に図９中の左右方向に伸びる。以下の説明では、図９中の左右方向を第１上シャフト４１１の長手方向という。

第１上シャフト４１１は、長手方向に伸びる略円柱状の第１上シャフト本体４１３と、第１上シャフト本体４１３の右側に接続される先端部４１４とを備える。先端部４１４は、第１上ステージ軸５３１（図８参照）に接続される軸接続部４１４１と、軸接続部４１４１と第１上シャフト本体４１３とを接続する弾性ヒンジ４１４２とを備える。第１上アクチュエータ４１では、先端部４１４の弾性ヒンジ４１４２が弾性変形することにより、第１上シャフト４１１が、第１上ステージ軸５３１を中心として上ステージ５に対して相対的に回動する。換言すれば、第１上シャフト４１１の先端部４１４は、第１上ステージ軸５３１を中心として上ステージ５に対して相対的に回動可能に上ステージ５に接続される。

第１上シャフト進退機構４１２は、略四角柱状の筐体である進退機構本体部４１５と、進退機構本体部４１５の内部に収容される積層型圧電素子４１６と、進退機構本体部４１５の左側に接続される先端部４１７とを備える。進退機構本体部４１５は、積層型圧電素子４１６に接する放熱用ゴムと、当該放熱用ゴムの外側を覆う金属ケースとを備える。

進退機構本体部４１５には、右側の側壁部４１５１から第１上シャフト４１１の第１上シャフト本体４１３が挿入されており、第１上シャフト本体４１３の左側の端部は、進退機構本体部４１５の内部にて積層型圧電素子４１６に固定される。進退機構本体部４１５の右側の側壁部４１５１（すなわち、第１上シャフト４１１の先端部４１４と対向する側壁部）は、第１上シャフト４１１を支持する支持部であり、以下の説明では、側壁部４１５１から進退機構本体部４１５の外側に突出する第１上シャフト４１１の長さを、第１上シャフト４１１の支持位置から上ステージ５までの第１上シャフト４１１の長さという。

第１上シャフト進退機構４１２の先端部４１７は、下ステージ３の上面３１上にて上面３１に垂直に設けられた第１上支持軸３１１（図８参照）に接続される軸接続部４１７１と、軸接続部４１７１と進退機構本体部４１５とを接続する弾性ヒンジ４１７２とを備える。第１上アクチュエータ４１では、先端部４１７の弾性ヒンジ４１７２が変形することにより、第１上シャフト進退機構４１２の水平面（すなわち、上ステージ５の上面９１に平行な面）内における向きが、第１上支持軸３１１を中心として変更される。換言すれば、第１上シャフト進退機構４１２は、第１上支持軸３１１を中心として回動可能に第１上シャフト４１１を支持する。

第１上アクチュエータ４１では、バネ４１８が、進退機構本体部４１５内において第１上シャフト本体４１３に外挿されており、バネ４１８により、積層型圧電素子４１６が進退機構本体部４１５の左側の側壁部に付勢される。積層型圧電素子４１６は、第１上シャフト４１１の長手方向に配列される複数の圧電素子（ピエゾ素子）を備える。第１上シャフト進退機構４１２では、積層型圧電素子４１６の各圧電素子に電圧が付与されることにより、積層型圧電素子４１６の長手方向の長さが変更される。これにより、第１上シャフト４１１が長手方向に進退され、第１上シャフト４１１の支持位置から上ステージ５までの第１上シャフト４１１の長さが変更される。なお、積層型圧電素子４１６に代えて、１つの圧電素子が進退機構本体部４１５内に設けられてもよい。

図８に示すように、第２上アクチュエータ４２は、下ステージ３の上面３１に平行に伸びる第２上シャフト４２１と、第２上シャフト４２１を支持する第２上シャフト進退機構４２２とを備える。第２上シャフト４２１の先端部４２４は、第２上ステージ軸５３２を中心として上ステージ５に対して相対的に回動可能に上ステージ５に接続される。具体的には、第２上シャフト４２１の先端部４２４が弾性ヒンジを備え、当該弾性ヒンジが弾性変形することにより、第２上シャフト４２１が第２上ステージ軸５３２を中心として上ステージ５に対して相対的に回動する。

第２上シャフト進退機構４２２は、下ステージ３の上面３１上にて上面３１に垂直に設けられた第２上支持軸３１２を中心として回動可能に第２上シャフト４２１を支持する。また、第２上シャフト進退機構４２２は、内部に設けられた積層型圧電素子により第２上シャフト４２１を長手方向に進退することにより、第２上シャフト４２１の支持位置から上ステージ５までの第２上シャフト４２１の長さを変更する。

第３上アクチュエータ４３は、下ステージ３の上面３１に平行に伸びる第３上シャフト４３１と、第３上シャフト４３１を支持する第３上シャフト進退機構４３２とを備える。第３上シャフト４３１の先端部４３４は、第３上ステージ軸５３３を中心として上ステージ５に対して相対的に回動可能に上ステージ５に接続される。具体的には、第３上シャフト４３１の先端部４３４が弾性ヒンジを備え、当該弾性ヒンジが弾性変形することにより、第３上シャフト４３１が第３上ステージ軸５３３を中心として上ステージ５に対して相対的に回動する。

第３上シャフト進退機構４３２は、下ステージ３の上面３１上にて上面３１に垂直に設けられた第３上支持軸３１３を中心として回動可能に第３上シャフト４３１を支持する。また、第３上シャフト進退機構４３２は、内部に設けられた積層型圧電素子により第３上シャフト４３１を長手方向に進退することにより、第３上シャフト４２１の支持位置から上ステージ５までの第３上シャフト４３１の長さを変更する。

図１０は、制御部７の機能を示すブロック図である。図１０では、制御部７以外の構成も併せて描いている。制御部７は、下ステージ移動機構２を制御する下ステージ移動制御部７１と、上ステージ移動機構４を制御する上ステージ移動制御部７２と、下ステージ移動制御部７１および上ステージ移動制御部７２を制御する上位移動制御部７０と、光照射部１５を制御する照射制御部７３とを備える。

パターン描画装置１では、下ステージ３の位置および向きを指示する下ステージ位置指示値が、上位移動制御部７０から下ステージ移動制御部７１に入力され、当該下ステージ位置指示値に基づいて、図１に示す第１下シャフト２１１の支持位置から下ステージ３までの第１下シャフト２１１の長さ（以下、単に「第１下シャフト２１１の長さ」という。）、第２下シャフト２２１の支持位置から下ステージ３までの第２下シャフト２２１の長さ（以下、単に「第２下シャフト２２１の長さ」という。）、および、第１下シャフト２１１の向きが下ステージ移動制御部７１により求められる。具体的には、第１下シャフト進退機構２１２の第１下支持軸２１３と下ステージ３の第１下ステージ軸３３１との間の直線距離、第２下シャフト進退機構２２２の第２下支持軸２２３と下ステージ３の第２下ステージ軸３３２との間の直線距離、および、第１下シャフト２１１の（＋Ｘ）方向に対する傾きが求められる。

そして、下ステージ移動制御部７１により、第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１の長さ、並びに、第１下シャフト２１１の向きに基づいて第１下シャフト進退機構２１２、第２下シャフト進退機構２２２および下シャフト回動機構２３が制御されることにより、下ステージ３の位置および向きが下ステージ位置指示値におよそ等しくなる。以下の説明では、第１下シャフト進退機構２１２の第１下支持軸２１３（図４参照）を座標原点（すなわち、（Ｘ，Ｙ）＝（０，０））とした際の下ステージ３の中心位置のＸ座標およびＹ座標を下ステージ３の位置といい、下ステージ３の第１下ステージ軸３３１と第２下ステージ軸３３２とを結ぶ直線の（＋Ｘ）方向に対する傾きθを下ステージ３の向きという。

図１１．Ａないし図１１．Ｃはそれぞれ、下ステージ３の中心位置のＹ座標および向きθをそれぞれ３００ｍｍおよび０°に維持した状態で下ステージ３をＸ方向に移動する場合の第１下シャフト２１１の長さ、第２下シャフト２２１の長さ、および、第１下シャフト２１１の向き（すなわち、（＋Ｘ）方向に対する傾き）の変化を示す図である。図１２．Ａないし図１２．Ｃはそれぞれ、下ステージ３の中心位置のＹ座標および向きθをそれぞれ６５０ｍｍおよび０°に維持した状態で下ステージ３をＸ方向に移動する場合の第１下シャフト２１１の長さ、第２下シャフト２２１の長さ、および、第１下シャフト２１１の（＋Ｘ）方向に対する傾きの変化を示す図である。図１１．Ａないし図１１．Ｃ、並びに、図１２．Ａないし図１２．Ｃの横軸は、下ステージ３の中心位置のＸ座標を示す。

図１３．Ａないし図１３．Ｃはそれぞれ、下ステージ３の中心位置のＸ座標および向きθをそれぞれ３００ｍｍおよび０°に維持した状態で下ステージ３をＹ方向に移動する場合の第１下シャフト２１１の長さ、第２下シャフト２２１の長さ、および、第１下シャフト２１１の（＋Ｘ）方向に対する傾きの変化を示す図である。図１４．Ａないし図１４．Ｃはそれぞれ、下ステージ３の中心位置のＸ座標および向きθをそれぞれ６５０ｍｍおよび０°に維持した状態で下ステージ３をＹ方向に移動する場合の第１下シャフト２１１の長さ、第２下シャフト２２１の長さ、および、第１下シャフト２１１の（＋Ｘ）方向に対する傾きの変化を示す図である。図１３．Ａないし図１３．Ｃ、並びに、図１４．Ａないし図１４．Ｃの横軸は、下ステージ３の中心位置のＹ座標を示す。

パターン描画装置１では、図１１．Ａないし図１１．Ｃ、並びに、図１２．Ａないし図１２．Ｃに示すように第１下シャフト進退機構２１２、第２下シャフト進退機構２２２および下シャフト回動機構２３を制御することにより、下ステージ３がＸ方向に平行に移動し、図１３．Ａないし図１３．Ｃ、並びに、図１４．Ａないし図１４．Ｃに示すように第１下シャフト進退機構２１２、第２下シャフト進退機構２２２および下シャフト回動機構２３を制御することにより、下ステージ３がＹ方向に平行に移動する。

図１に示すように、下ステージ位置測定部６１は、定盤１１に固定される３つのレーザ測長器６１ａ〜６１ｃ、並びに、下ステージ３の（−Ｘ）側の側面および（＋Ｙ）側の側面に配置された反射部６２ａ，６２ｂを備える。レーザ測長器６１ａは下ステージ３の（−Ｘ）側に配置され、レーザ測長器６１ｂ，６１ｃは下ステージ３の（＋Ｙ）側に配置される。反射部６２ａ，６２ｂは、下ステージ３の側面に対する鏡面加工またはミラーコーティングにより形成される。なお、レーザ測長器６１ａ〜６１ｃはフレーム等を介して定盤１１に固定されるが、図１および図２では、図の理解を容易にするために、下ステージ位置測定部６１のレーザ測長器６１ａ〜６１ｃを支持するフレーム等の図示を省略している。

図１に示す下ステージ位置測定部６１では、レーザ測長器６１ａから反射部６２ａに向けてＸ方向に平行にレーザ光が出射され、反射部６２ａからの反射光がレーザ測長器６１ａにより受光されてレーザ測長器６１ａから反射部６２ａまでの距離が求められる。また、レーザ測長器６１ｂ，６１ｃから反射部６２ｂに向けてＹ方向に平行にレーザ光が出射され、反射部６２ｂからの反射光がレーザ測長器６１ｂ，６１ｃにより受光されてレーザ測長器６１ｂ，６１ｃから反射部６２ｂまでのそれぞれの距離が求められ、さらに、これらの距離の差分から下ステージ３の向きが求められる。すなわち、レーザ測長器６１ａ〜６１ｃは、下ステージ３までの距離および下ステージ３の向きを求める測長部である。レーザ測長器６１ａ〜６１ｃからの出力は、図１０に示す制御部７の下ステージ移動制御部７１に送られる。下ステージ移動制御部７１では、下ステージ位置測定部６１からの出力（すなわち、下ステージ位置測定値）に基づいて下ステージ３の位置および向きが求められる。

また、パターン描画装置１では、上ステージ５の位置および向きを指示する上ステージ位置指示値が、上位移動制御部７０から上ステージ移動制御部７２に入力される。本実施の形態では、上ステージ位置指示値として、上ステージ５の下ステージ３に対する相対的な位置および向きを指示する値が上ステージ移動制御部７２に入力される。上ステージ移動制御部７２では、当該上ステージ位置指示値に基づいて、図８に示す第１上シャフト４１１の支持位置から上ステージ５までの第１上シャフト４１１の長さ（以下、単に「第１上シャフト４１１の長さ」という。）、第２上シャフト４２１の支持位置から上ステージ５までの第２上シャフト４２１の長さ（以下、単に「第２上シャフト４２１の長さ」という。）、および、第３上シャフト４３１の支持位置から上ステージ５までの第３上シャフト４３１の長さ（以下、単に「第３上シャフト４３１の長さ」という。）が上ステージ移動制御部７２により求められる。

そして、上ステージ移動制御部７２により、第１上シャフト４１１、第２上シャフト４２１および第３上シャフト４３１の上記長さに基づいて、第１上シャフト進退機構４１２、第２上シャフト進退機構４２２および第３上シャフト進退機構４３２が制御されることにより、上ステージ５の位置および向きが上ステージ位置指示値に等しくなる。以下の説明では、下ステージ３上に固定されたｘｙ座標にて上ステージ５の位置を示す。

図８に示す上ステージ５の位置は、第１上シャフト進退機構４１２が接続される第１上支持軸３１１を座標原点（すなわち、（ｘ，ｙ）＝（０，０））とした際の上ステージ５の中心位置のｘ座標およびｙ座標にて表される。また、上ステージ５の向きは、上ステージ５の第１上ステージ軸５３１と第２上ステージ軸５３２とを結ぶ直線の（＋ｘ）方向に対する傾きにて表される。

第１上シャフト４１１、第２上シャフト４２１および第３上シャフト４３１の長さは、上ステージ位置指示値に基づいて厳密な演算により求められてもよいが、上ステージ５の可動範囲が小さい場合は、線型近似や多項式近似等により簡素化して求められてもよい。例えば、第１上シャフト４１１、第２上シャフト４２１および第３上シャフト４３１の長さをそれぞれ、ｍ，ｎ，ｐとし、上ステージ５の中心位置の座標を（ｘｐ，ｙｐ）とし、上ステージ５の向きを示す傾きをαとすると、ｍ，ｎ，ｐはそれぞれ、数１〜数３のようにｘｐ，ｙｐ，αの一次式として表すことができる。ただし、数１〜数３のＡ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ１〜Ｃ３，Ｄ１〜Ｄ３はそれぞれ、上ステージ５の大きさや第１上支持軸３１１、第２上支持軸３１２および第３上支持軸３１３の位置等により決定される係数である。

（数１）
ｍ＝Ａ１＋Ｂ１×ｘｐ＋Ｃ１×ｙｐ＋Ｄ１×α

（数２）
ｎ＝Ａ２＋Ｂ２×ｘｐ＋Ｃ２×ｙｐ＋Ｄ２×α

（数３）
ｐ＝Ａ３＋Ｂ３×ｘｐ＋Ｃ３×ｙｐ＋Ｄ３×α

このように、上ステージ移動制御部７２では、第１上シャフト４１１、第２上シャフト４２１および第３上シャフト４３１のそれぞれの長さを容易に求めることができるため、上ステージ５の移動制御の制御周期を短くすることができる。

上ステージ位置測定部６４は、上ステージ５の周囲において等角度間隔にて配置される３つの静電容量センサ６５を備える。３つの静電容量センサ６５のうち、２つの静電容量センサ６５は第１上アクチュエータ４１と第２上アクチュエータ４２との間に配置され、もう１つの静電容量センサ６５は、第１上アクチュエータ４１と第３上アクチュエータ４３との間に配置される。上ステージ位置測定部６４では、３つの静電容量センサ６５からの出力に基づいて上ステージ５の位置および向きが求められる。

図１５．Ａおよび図１５．Ｂは、パターン描画装置１における下ステージ３および上ステージ５の移動制御の流れを示す図である。パターン描画装置１では、まず、下ステージ３を移動すべき目標位置、および、目標位置における下ステージ３の向きを示す下ステージ位置指示値が、上位移動制御部７０から下ステージ移動制御部７１に入力される（ステップＳ１１）。続いて、下ステージ位置指示値により指示される下ステージ３の位置および向きを実現するための第１下シャフト２１１の長さ、第２下シャフト２２１の長さ、および、第１下シャフト２１１の向き（すなわち、第１下シャフト２１１の長さ、第２下シャフト２２１の長さ、および、第１下シャフト２１１の向きの目標値）が求められる（ステップＳ１２）。

次に、下ステージ位置測定部６１により、下ステージ３の現在位置および現在の向きが測定され（ステップＳ１３）、測定結果に基づいて、第１下シャフト２１１の現在の長さ、第２下シャフト２２１の現在の長さ、および、第１下シャフト２１１の現在の向きが求められる（ステップＳ１４）。そして、第１下シャフト２１１の長さ、第２下シャフト２２１の長さ、および、第１下シャフト２１１の向きのそれぞれについて、ステップＳ１２にて求められた目標値とステップＳ１４にて求められた現在値との差分が求められる（ステップＳ１５）。その後、下ステージ移動制御部７１により、当該差分に基づいて（すなわち、下ステージ位置指示値および下ステージ位置測定部６１からの出力に基づいて）第１下シャフト進退機構２１２、第２下シャフト進退機構２２２および下シャフト回動機構２３に対するフィードバック制御（例えば、ＰＩＤ制御）が行われ、下ステージ３の移動が行われる（ステップＳ１６）。

ステップＳ１６では、第１下シャフト進退機構２１２、第２下シャフト進退機構２２２および下シャフト回動機構２３のそれぞれに対する制御ゲインが可変とされる。第１下シャフト進退機構２１２に対する制御ゲインは、第１下シャフト２１１の支持位置から下ステージ３までの間の第１下シャフト２１１の重心（すなわち、長手方向の中心）の移動量に反比例するように決定される。第１下シャフト２１１の重心の移動量は、第１下シャフト２１１の長さ、および、第１下シャフト２１１の（＋Ｘ）方向に対する傾きから求められる（第２下シャフト２２１においても同様）。第２下シャフト進退機構２２２に対する制御ゲインは、第２下シャフト２２１の支持位置から下ステージ３までの間の第２下シャフト２２１の重心（すなわち、長手方向の中心）の移動量に反比例するように決定される。また、下シャフト回動機構２３に対する制御ゲインは、第１下シャフト２１１の支持位置から下ステージ３までの第１下シャフト２１１の長さに反比例するように決定される。

下ステージ移動制御部７１による下ステージ移動機構２の制御では、第１下シャフト進退機構２１２、第２下シャフト進退機構２２２および下シャフト回動機構２３のそれぞれに対する制御ゲインを一定とすることもできるが、制御ゲインを上述のように可変とすることにより、下ステージ３の移動量と第１下シャフト進退機構２１２、第２下シャフト進退機構２２２および下シャフト回動機構２３のそれぞれの駆動量（すなわち、第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１の進退距離、および、第１下シャフト２１１の回転角度）との比の変化を小さくすることができる。その結果、第１下シャフト進退機構２１２、第２下シャフト進退機構２２２および下シャフト回動機構２３の振動や下ステージ移動制御部７１による制御の不安定化を防止し、高速かつ高精度なステージの移動制御を実現することができる。

上述の下ステージ３の移動制御では、下ステージ移動機構２の機械的振動を低減するために、第１下シャフト進退機構２１２、第２下シャフト進退機構２２２および下シャフト回動機構２３の制御にデジタルノッチフィルタ等のフィルタが適用されてもよい。具体的には、ステップＳ１５とステップＳ１６との間において、第１下シャフト２１１の現在の長さから第１下シャフト２１１の引っ張り方向および曲げ方向のぞれぞれの共振周波数が求められ、第２下シャフト２２１の現在の長さから、第２下シャフト２２１の引っ張り方向および曲げ方向のそれぞれの共振周波数が求められる。これらの共振周波数は各シャフトの長さに反比例し、各シャフトの長さに対応する共振周波数は構造解析や実験等により予め取得される。

続いて、下ステージ移動制御部７１から第１下シャフト進退機構２１２に送られる駆動信号から、第１下シャフト２１１の引っ張り方向の共振周波数に等しい周波数、および、その近傍の周波数帯の信号成分を減衰させるように、第１下シャフト進退機構２１２に対する制御信号にデジタルノッチフィルタが適用される。また、下ステージ移動制御部７１から第２下シャフト進退機構２２２に送られる駆動信号から、第２下シャフト２２１の引っ張り方向の共振周波数に等しい周波数、および、その近傍の周波数帯の信号成分を減衰させるように、第２下シャフト進退機構２２２に対する制御信号にデジタルノッチフィルタが適用される。さらに、下ステージ移動制御部７１から下シャフト回動機構２３に送られる駆動信号から、第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１のそれぞれの曲げ方向の共振周波数近傍の周波数帯を減衰させるように、下シャフト回動機構２３に対する制御信号にデジタルノッチフィルタが適用される。その後、下ステージ移動制御部７１により、第１下シャフト進退機構２１２、第２下シャフト進退機構２２２および下シャフト回動機構２３に対するフィードバック制御が行われ、下ステージ３の移動が行われる。なお、デジタルノッチフィルタの適用は、ステップＳ１４とステップＳ１５との間に行われてもよい。

下ステージ３の移動が終了すると、下ステージ位置測定部６１により下ステージ３の位置および向きが再度測定される。そして、下ステージ位置測定部６１から出力された下ステージ３の位置および向き（すなわち、下ステージ位置測定値）と下ステージ位置指示値とが僅かにずれている場合、求められたずれ量が上位移動制御部７０へと送られる（ステップＳ１７）。下ステージ３の位置および向きが下ステージ位置指示値と一致している場合、ずれ量として０が上位移動制御部７０へと送られる。

続いて、上ステージ５を移動すべき目標位置、および、目標位置における上ステージ５の向きを示す上ステージ位置指示値が、上位移動制御部７０から上ステージ移動制御部７２に入力される（ステップＳ１８）。上ステージ位置指示値は、ステップＳ１７で求められたずれ量を補正する補正量を含んだ上ステージ５の下ステージ３に対する相対的な位置および向きである。上ステージ移動制御部７２では、上ステージ位置指示値により指示される上ステージ５の位置および向きを実現するための第１上シャフト４１１、第２上シャフト４２１および第３上シャフト４３１のそれぞれの長さ（すなわち、第１上シャフト４１１、第２上シャフト４２１および第３上シャフト４３１のそれぞれの長さの目標値）が求められる（ステップＳ１９）。

次に、上ステージ位置測定部６４により、上ステージ５の下ステージ３上における現在位置および現在の向きが測定され、測定結果が上ステージ移動制御部７２（図１０参照）に送られる（ステップＳ２０）。上ステージ移動制御部７２では、測定結果に基づいて、第１上シャフト４１１、第２上シャフト４２１および第３上シャフト４３１のそれぞれの現在の長さが求められる（ステップＳ２１）。そして、第１上シャフト４１１、第２上シャフト４２１および第３上シャフト４３１のそれぞれの長さについて、ステップＳ１９にて求められた目標値とステップＳ２１にて求められた現在値（すなわち、上ステージ位置測定値）との差分が求められる（ステップＳ２２）。その後、上ステージ移動制御部７２により、当該差分に基づいて（すなわち、上ステージ位置指示値および上ステージ位置測定部６４からの出力に基づいて）第１上シャフト進退機構４１２、第２上シャフト進退機構４２２および第３上シャフト進退機構４３２に対するフィードバック制御（例えば、ＰＩＤ制御）が行われ、上ステージ５が上ステージ位置指示値が示す位置および向きへと移動する（ステップＳ２３）。

下ステージ３の下ステージ位置指示値からのずれを上ステージ５の移動により補正しない場合は、ずれ量の上位移動制御部７０への送信（ステップＳ１７）は行われず、上ステージ５の移動（ステップＳ１８〜Ｓ２３）が、下ステージ３の移動（ステップＳ１１〜Ｓ１６）と並行して行われてもよい。

次に、図１および図２に示す光照射部１５について説明する。光照射部１５は光学ヘッド１５１を備え、光学ヘッド１５１には、光源光学系、ＵＶ光源および光源駆動部が接続される。本実施の形態では、ＵＶ光源は固体レーザであり、制御部７の照射制御部７３（図１０参照）により光源駆動部が駆動されることにより、ＵＶ光源から波長３５５ｎｍの紫外光が出射され、光源光学系を介して光学ヘッド１５１へと導かれる。

図２に示すように、光学ヘッド１５１は、ＵＶ光源からの光を下方に向けて出射する出射部１５５、出射部１５５からの光を反射する光学系１５５１、光学系１５５１を介して照射された出射部１５５からの光を変調しつつ反射する空間光変調器１５６、および、空間光変調器１５６からの変調された光を基板９の上面に設けられた感光材料上へと導く光学系１５７を備える。

図１６は、空間光変調器１５６を拡大して示す図である。図１６に示すように、空間光変調器１５６は、出射部１５５を介して照射されたＵＶ光源からの光を基板９の上面へと導く回折格子型の光変調素子１５６１を備える。光変調素子１５６１は半導体装置製造技術を利用して製造され、格子の深さを変更することができる回折格子となっている。光変調素子１５６１には複数の可撓リボン１５６１ａおよび固定リボン１５６１ｂが交互に平行に配列形成され、複数の可撓リボン１５６１ａは背後の基準面に対して個別に昇降移動可能とされ、複数の固定リボン１５６１ｂは基準面に対して固定される。回折格子型の光変調素子としては、例えば、ＧＬＶ（Grating Light Valve：グレーチング・ライト・バルブ）（シリコン・ライト・マシーンズ（サニーベール、カリフォルニア）の登録商標）が知られている。

図１７．Ａおよび図１７．Ｂは、可撓リボン１５６１ａおよび固定リボン１５６１ｂに対して垂直な面における光変調素子１５６１の断面を示す図である。図１７．Ａに示すように可撓リボン１５６１ａおよび固定リボン１５６１ｂが基準面１５６１ｃに対して同じ高さに位置する（すなわち、可撓リボン１５６１ａが撓まない）場合には、光変調素子１５６１の表面は面一となり、入射光Ｌ１の反射光が０次光Ｌ２として導出される。一方、図１７．Ｂに示すように可撓リボン１５６１ａが固定リボン１５６１ｂよりも基準面１５６１ｃ側に撓む場合には、可撓リボン１５６１ａが回折格子の溝の底面となり、１次回折光Ｌ３（さらには、高次回折光）が光変調素子１５６１から導出され、０次光Ｌ２は消滅する。このように、光変調素子１５６１は回折格子を利用した光変調を行う。

光照射部１５では、ＵＶ光源からの光が光源光学系により線状光（光束断面が線状の光）とされ、出射部１５５（図２参照）を介して空間光変調器１５６のライン状に配列された複数の可撓リボン１５６１ａおよび固定リボン１５６１ｂ上に照射される。光変調素子１５６１では、隣接する各１本の可撓リボン１５６１ａおよび固定リボン１５６１ｂを１つのリボン対とすると、例えば、３つ以上のリボン対が描画されるパターンの１つの画素に対応する。光変調素子１５６１では、照射制御部７３（図１０参照）からの信号に基づいてパターンの各画素に対応するリボン対の可撓リボン１５６１ａがそれぞれ制御され、各画素に対応するリボン対が０次光（正反射光）を出射する状態と、非０次回折光（主として１次回折光（（＋１）次回折光および（−１）次回折光））を出射する状態との間で遷移可能とされる。光変調素子１５６１から出射される０次光は光学系１５７へと導かれ、１次回折光は光学系１５７とは異なる方向へと導かれる。なお、迷光となることを防止するために１次回折光は図示を省略する遮光部により遮光される。

光変調素子１５６１からの０次光は、光学系１５７を介して基板９の上面へと導かれ、これにより、基板９の上面上においてＸ方向（すなわち、主走査方向に垂直な副走査方向）に並ぶ複数の照射位置のそれぞれに変調された光が照射される。すなわち、光変調素子１５６１の各画素に対応するリボン対は０次光を出射する状態がＯＮ状態であり、１次回折光を出射する状態がＯＦＦ状態である。

光変調素子１５６１では、図１７．Ａに示すように、可撓リボン１５６１ａと固定リボン１５６１ｂとの基準面１５６１ｃからの高さを等しくすることにより、０次光が信号光として得られるが、可撓リボン１５６１ａの高さを固定リボン１５６１ｂの高さよりも僅かに低くすることにより信号光の光量を低下させることができ、この性質を利用して光変調素子１５６１からの光量の調整を行うことができる。

図１および図２に示すパターン描画装置１においてパターンの描画が行われる際には、下ステージ移動機構２および上ステージ移動機構４により基板９が下ステージ３および上ステージ５と共にＹ方向へと移動しつつ、光照射部１５において光学ヘッド１５１の空間光変調器１５６の光変調素子１５６１（図１６参照）が、描画されるべきパターンのデータに基づいて照射制御部７３により制御される（すなわち、各画素に対応するリボン対のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる）ことにより、基板９の上面上の感光材料にパターンが描画される。

以上に説明したように、パターン描画装置１では、下ステージ移動機構２が、定盤１１の定盤面１２に平行に伸びるとともにそれぞれの先端部が下ステージ３に接続される第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１と、これらの下シャフトをそれぞれ進退させる第１下シャフト進退機構２１２および第２下シャフト進退機構２２２と、下ステージ３の向きを決定する向き決定機構である下シャフト回動機構２３とを備える。また、上ステージ移動機構４が、下ステージ３の上面３１に平行に伸びるとともにそれぞれの先端部が上ステージ５に接続される第１上シャフト４１１、第２上シャフト４２１および第３上シャフト４３１と、これらの上シャフトをそれぞれ進退させる第１上シャフト進退機構４１２、第２上シャフト進退機構４２２および第３上シャフト進退機構４３２とを備える。

これにより、複数のエアシリンダが設けられた粗動ステージと、粗動ステージから上向きおよび水平方向に伸びる多数のピエゾアクチュエータに支持される微動テーブルとを有するステージ移動装置（以下、「比較例のステージ移動装置」という。）に比べて、下ステージ移動機構２および上ステージ移動機構４（以下、まとめて「ステージ移動機構」という。）の全体の重心を低くすることができる。その結果、下ステージ３および上ステージ５のピッチングを防止または抑制しつつ、下ステージ３および上ステージ５の高速移動を可能とすることができる。また、下ステージ３および上ステージ５のピッチングが防止または抑制されることにより、下ステージ３および上ステージ５の移動制御における位置精度（すなわち、ステージ位置指示値に対する追随性）を向上することができる。

本実施の形態に係るパターン描画装置１では、ステージ移動機構が、上述のように複数のシャフトとシャフト進退機構とを備えることにより、比較例のステージ移動装置に比べてステージ移動機構の構成部品の個数および組立工数を削減することができる。これにより、ステージ移動機構の製造コストを低減することができる。また、ステージ移動機構の各部品の振動による下ステージ３および上ステージ５の移動制御における位置精度の低下を抑制し、下ステージ３および上ステージ５の位置を高精度に制御することができる。パターン描画装置１では、下ステージ３および上ステージ５の移動制御における制御ゲインは、ステージ移動機構の構成部品の共振周波数を避けて決定されることが好ましい。ステージ移動機構では、上述の構成部品の個数削減により、制御ゲインの決定の自由度が向上するため、より適切な移動制御を行うことができる。

パターン描画装置１のステージ移動機構では、下ステージ３を移動する第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１、並びに、上ステージ５を移動する第１上シャフト４１１、第２上シャフト４２１および第３上シャフト４３１の剛性が比較的高いため、下ステージ３および上ステージ５のより高速な移動やより高精度な位置制御を実現することができる。

パターン描画装置１では、上ステージ位置指示値および上ステージ位置測定部６４から出力される上ステージ５の現在の位置および向きに基づいて第１上シャフト進退機構４１２、第２上シャフト進退機構４２２および第３上シャフト進退機構４３２が制御されることにより、上ステージ５の移動制御における位置精度をさらに向上することができる。

また、下ステージ位置指示値および下ステージ位置測定部６１から出力される下ステージ３の現在の位置および向きに基づいて第１下シャフト進退機構２１２、第２下シャフト進退機構２２２および下シャフト回動機構２３が制御されることにより、下ステージ３の移動制御における位置精度を向上することができる。下ステージ位置測定部６１では、レーザ測長器６１ａ〜６１ｃからのレーザ光を反射する反射部６２ａ，６２ｂが、下ステージ３の側面に対する鏡面加工またはミラーコーティングにより形成されることにより、下ステージ３が移動する際に反射部６２ａ，６２ｂが歪んだりずれることが防止される。その結果、下ステージ３の現在位置を正確に測定することができ、下ステージ３の移動制御における位置精度をより向上することができる。

上ステージ移動機構４では、上述のように、第１上シャフト進退機構４１２、第２上シャフト進退機構４２２および第３上シャフト進退機構４３２がそれぞれ、第１上シャフト４１１、第２上シャフト４２１および第３上シャフト４３１を長手方向に進退する積層型圧電素子４１６を備える。これにより、上ステージ５を高精度に微小移動させることができる。また、第１上シャフト４１１の先端部４１４、第２上シャフト４２１の先端部４２４、および、第３上シャフト４３１の先端部４３４がそれぞれ弾性ヒンジを備えることにより、先端部４１４，４２４，４３４を小型化しつつ第１上シャフト４１１、第２上シャフト４２１および第３上シャフト４３１を上ステージ５に対して相対的に回動可能に接続することができる。

ステージ移動機構では、上ステージ５にガス噴出部５５が設けられて上ステージ５を下ステージ３の上面３１から浮上させることにより、上ステージ５と下ステージ３との摩擦による上ステージ５の移動への影響を防止することができる。また、下ステージ３にガス噴出部３５が設けられて下ステージ３を定盤面１２から浮上させることにより、下ステージ３と定盤面１２との摩擦による下ステージ３の移動への影響を防止することができる。

図２に示すように、パターン描画装置１では、発熱源となる第１下シャフト進退機構２１２および第２下シャフト進退機構２２２が、下ステージ３の側方に下ステージ３から離間して配置されるため、発熱源である複数のリニアモータがステージの直下に配置されるようなステージ移動装置に比べて、下ステージ３、上ステージ５および基板９等の構成がこれらの発熱源からの熱により膨張してしまうことが抑制される。このように、下ステージ３や上ステージ５等に対する熱の影響を低減することにより、基板９に対するパターンの描画精度を向上することができる。

また、下ステージ移動機構２では、下ステージ３の向きを決定する下シャフト回動機構２３も、下ステージ３の側方に下ステージ３から離間して配置されるため、下ステージ３や上ステージ５等に対する下シャフト回動機構２３からの熱の影響が低減され、パターンの描画精度がより向上する。さらに、下ステージ３の移動範囲をチャンバ１４により覆うとともに、第１下シャフト進退機構２１２、第２下シャフト進退機構２２２および下シャフト回動機構２３がチャンバ１４の外部に配置されることにより、下ステージ３や上ステージ５等に対する第１下シャフト進退機構２１２、第２下シャフト進退機構２２２および下シャフト回動機構２３からの熱の影響がより一層低減され、パターンの描画精度がさらに向上する。

第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１は、様々な構造のリニアモータや回転型サーボモータ、ピエゾアクチュエータ等により長手方向に進退されてもよいが、第１下シャフト２１１および第１下シャフト進退機構２１２として第１下シャフトモータ２１が利用され、第２下シャフト２２１および第２下シャフト進退機構２２２として第２下シャフトモータ２２が利用されることにより、下ステージ移動機構２の構造が簡素化されることが好ましい。また、高推力のシャフトモータが利用されることにより、下ステージ３の移動の高速化、および、下ステージ３の移動範囲の大型化が実現される。

次に、本発明の第２の実施の形態に係るパターン描画装置について説明する。図１８は、第２の実施の形態に係るパターン描画装置１ａを示す平面図である。パターン描画装置１ａでは、図１および図２に示すパターン描画装置１の下ステージ移動機構２と異なる構造の下ステージ移動機構２ａが設けられる。その他の構成は、パターン描画装置１と同様であり、以下の説明において同符号を付す。なお、図１８では、図を簡素化するために制御部７は図示していない（図２０、図２１、図２９および図３０においても同様）。

図１８に示すように、下ステージ移動機構２ａは、第１の実施の形態と同様の構造を有する第１下シャフトモータ２１および第２下シャフトモータ２２を備え、第１下シャフトモータ２１の第１下シャフト進退機構２１２、および、第２下シャフトモータ２２の第２下シャフト進退機構２２２はそれぞれチャンバ１４の外側に配置される。下ステージ移動機構２ａでは、第１の実施の形態とは異なり、第１下シャフト進退機構２１２の下側に下シャフト回動機構２３は設けられず、第１下シャフト進退機構２１２は、第２下シャフト進退機構２２２（図８参照）と同様の構造により定盤１１上に回動可能に支持される。具体的には、第１下シャフト進退機構２１２の下側に、定盤１１の定盤面１２に垂直な軸が設けられ、定盤面１２に形成された凹部内のエアパッドにより当該軸が回動可能に支持されることにより、第１下シャフト進退機構２１２が当該軸を中心として回動可能となる。

図１９は、下ステージ３の中心位置近傍の断面図ある。図１９に示すように、下ステージ３の中心位置には上面側からＺ方向のおよそ中央まで凹部３４が形成されており、凹部３４内には回転型サーボモータである下ステージ回動機構２４が収容されて下ステージ３に固定される。また、凹部３４の（−Ｚ）側には凹部３４と連続する凹部３６が設けられ、凹部３６は、下ステージ３の（−Ｙ）側において下ステージ３の全幅に亘って広がる。凹部３６は、下ステージ３の（−Ｘ）側、（−Ｙ）側および（＋Ｘ）側の側面に開口している。

下ステージ回動機構２４の下ステージ回動軸２４１は定盤面１２（図１８参照）に垂直に下向きに伸びており、凹部３６内において下ステージ回動軸２４１に円柱状の部材２４２が固定される。下ステージ回動機構２４および部材２４２は下ステージ３の上面と下面との間に配置される。図１８に示すように、第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１は、チャンバ１４の（−Ｙ）側の側面に形成されてベローズ１４２に覆われた２つの開口１４１からチャンバ１４内に挿入され、第１下シャフト２１１の先端部および第２下シャフト２２１の先端部は、図１９に示すように、下ステージ回動機構２４の下ステージ回動軸２４１に部材２４２を介して接続される。上述のように、下ステージ回動機構２４は下ステージ３に固定されているため、第１下シャフト２１１の先端部と第２下シャフト２２１の先端部とは、下ステージ３の同一の下ステージ回動軸２４１に接続されるといえる。第１下シャフト２１１の先端部は、ねじ等により部材２４２に固定されており、第２下シャフト２２１の先端部はエアベアリング等を介して下ステージ回動軸２４１に回動可能に接続される。

図１８に示すパターン描画装置１ａでは、下ステージ移動制御部７１（図１０参照）において、下ステージ位置指示値に含まれる下ステージ３の中心位置に基づいて下ステージ移動機構２ａの第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１のそれぞれの長さが求められ、下ステージ位置指示値に含まれる下ステージ３の向きに基づいて下ステージ回動機構２４による下ステージ３の回動角度が求められる。そして、下ステージ移動制御部７１により第１下シャフト進退機構２１２および第２下シャフト進退機構２２２が駆動されて第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１が長手方向に進退することにより、下ステージ３が所望の位置へと移動し、さらに、下ステージ回動機構２４が部材２４２（図１９参照）に対して回動することにより、下ステージ回動機構２４が固定された下ステージ３が下ステージ回動軸２４１（図１９参照）を中心として回動して所望の向きとなる。下ステージ移動機構２ａでは、下ステージ回動機構２４が、下ステージ回動軸２４１を中心として下ステージ３を回動して向きを決定する向き決定機構となっている。

パターン描画装置１ａでは、第１下シャフトモータ２１、第２下シャフトモータ２２および下ステージ回動機構２４により下ステージ３の位置および向きを変更することにより、第１の実施の形態と同様に、下ステージ３の高速移動時においても、下ステージ３のピッチングを防止して下ステージ３の移動制御における位置精度を向上することができる。また、下ステージ移動機構２ａの構成部品の個数を削減することにより、装置の製造コストを低減することができるとともに、構成部品の振動による下ステージ３の移動制御における位置精度の低下を抑制することができ、さらに、制御ゲインの決定の自由度が向上するため、より適切な移動制御を行うことができる。

特に、パターン描画装置１ａでは、第１下シャフト２１１の先端部と第２下シャフト２２１の先端部とが同一の下ステージ回動軸２４１に接続されるため、下ステージ位置指示値により指示される下ステージ３の位置を実現するために必要な第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１の長さを容易に求めることができる。さらに、下ステージ回動軸２４１が下ステージ３の中心位置に配置されることにより、第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１の長さをより容易に求めることができる。

パターン描画装置１ａでは、第１の実施の形態と同様に、発熱源となる第１下シャフト進退機構２１２および第２下シャフト進退機構２２２が、下ステージ３の側方に下ステージ３から離間して配置されるため、下ステージ３等に対する熱の影響が低減され、基板９に対するパターンの描画精度を向上することができる。また、第１下シャフト進退機構２１２および第２下シャフト進退機構２２２がチャンバ１４の外部に配置されることにより、下ステージ３等に対する熱の影響がより一層低減され、パターンの描画精度がさらに向上する。

次に、本発明の第３の実施の形態に係るパターン描画装置について説明する。図２０は、第３の実施の形態に係るパターン描画装置１ｂを示す平面図である。パターン描画装置１ｂでは、図１および図２に示すパターン描画装置１の下ステージ移動機構２と異なる構造の下ステージ移動機構２ｂが設けられる。その他の構成は、パターン描画装置１と同様であり、以下の説明において同符号を付す。

図２０に示すように、下ステージ移動機構２ｂは、第１の実施の形態と同様に第１下シャフトモータ２１および第２下シャフトモータ２２を備え、さらに、下ステージ３の向きを決定する向き決定機構として、第１下シャフトモータ２１および第２下シャフトモータ２２と同様の構造を有する第３下シャフトモータ２５を備える。下ステージ３の（＋Ｙ）側に配置される第３下シャフトモータ２５は、定盤１１の定盤面１２に平行に伸びる第３下シャフト２５１、および、第３下シャフト２５１を支持するとともに第３下シャフト２５１を長手方向に進退する第３下シャフト進退機構２５２を備える。

第１下シャフト進退機構２１２および第２下シャフト進退機構２２２は、第２の実施の形態と同様に定盤１１上に回動可能に支持され（図８参照）、第３下シャフト進退機構２５２も、第１下シャフト進退機構２１２および第２下シャフト進退機構２２２と同様の構造により定盤１１上に回動可能に支持される。具体的には、第３下シャフト進退機構２５２の下側に、定盤１１の定盤面１２に垂直な軸が設けられ、定盤面１２に形成された凹部内のエアパッドにより当該軸が回動可能に支持されることにより、第３下シャフト進退機構２５２が当該軸を中心として回動可能となる。

下ステージ３の側面には、第１の実施の形態と同様に、２つの凹部３２が形成さており、凹部３２内の第１下ステージ軸３３１および第２下ステージ軸３３２にはそれぞれ、第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１の先端部がエアベアリング等を介して回動可能に接続される。下ステージ３の（＋Ｙ）側の側面には、他の凹部３７がさらに形成されており、凹部３７内には、定盤面１２に垂直な第３下ステージ軸３３３が設けられる。第３下ステージ軸３３３の両端部は、下ステージ３の凹部３７の上側および下側を覆う部位に固定されており、第３下ステージ軸３３３は、第１下ステージ軸３３１と第２下ステージ軸３３２とを通る平面（すなわち、ＸＺ平面に平行な平面）から（＋Ｙ）側に離間して配置される。

第３下シャフト２５１は、チャンバ１４の（＋Ｙ）側の側面に形成されてベローズ１４２に覆われた開口１４１からチャンバ１４内に挿入され、第３下シャフト２５１の先端部は、第３下ステージ軸３３３にエアベアリング等を介して回動可能に接続される。換言すれば、第３下シャフト２５１の先端部は、定盤面１２に垂直な第３下ステージ軸３３３を中心として回動可能に下ステージ３に接続される。下ステージ移動機構２ｂでは、第３下シャフト進退機構２５２により第３下シャフト２５１が長手方向に進退することにより、第３下シャフト２５１の支持位置から下ステージ３までの（すなわち第３下シャフト進退機構２５２から下ステージ３までの）第３下シャフト２５１の長さが変更される。

パターン描画装置１ｂでは、下ステージ移動制御部７１（図１０参照）により、下ステージ位置指示値に基づいて第１下シャフト２１１、第２下シャフト２２１および第３下シャフト２５１のそれぞれの長さが求められる。そして、第１下シャフト進退機構２１２、第２下シャフト進退機構２２２および第３下シャフト進退機構２５２が駆動されて第１下シャフト２１１、第２下シャフト２２１および第３下シャフト２５１が長手方向に進退することにより、下ステージ３が所望の位置において所望の向きとなる。

パターン描画装置１ｂでは、第１下シャフトモータ２１、第２下シャフトモータ２２および第３下シャフト２５１により下ステージ３の位置および向きを変更することにより、第１の実施の形態と同様に、下ステージ３の高速移動時においても、下ステージ３のピッチングを防止して下ステージ３の移動制御における位置精度を向上することができる。また、下ステージ移動機構２ｂの構成部品の個数を削減することにより、装置の製造コストを低減することができるとともに、構成部品の振動による下ステージ３の移動制御における位置精度の低下を抑制することができ、さらに、制御ゲインの決定の自由度が向上するため、より適切な移動制御を行うことができる。

特に、パターン描画装置１ｂでは、向き決定機構として第１下シャフトモータ２１および第２下シャフトモータ２２と同様の構造を有する第３下シャフトモータ２５を利用することにより（すなわち、下ステージ移動機構２の複数の駆動部を同一の機構とすることにより）、下ステージ移動機構２の構成を簡素化することができる。

パターン描画装置１ｂでは、発熱源となる第１下シャフト進退機構２１２、第２下シャフト進退機構２２２および第３下シャフト進退機構２５２が、下ステージ３の側方に下ステージ３から離間して配置されるため、下ステージ３等に対する熱の影響が低減され、基板９に対するパターンの描画精度を向上することができる。また、第１下シャフト進退機構２１２、第２下シャフト進退機構２２２および第３下シャフト進退機構２５２がチャンバ１４の外部に配置されることにより、下ステージ３等に対する熱の影響がより一層低減され、パターンの描画精度がさらに向上する。

次に、本発明の第４の実施の形態に係るパターン描画装置について説明する。図２１は、第４の実施の形態に係るパターン描画装置１ｃを示す平面図である。パターン描画装置１ｃは、図１および図２に示すパターン描画装置１の各構成に加え、下ステージ移動機構２ｃが、第１リニアロッド２１５および第２リニアロッド２２５を備える。また、パターン描画装置１ｃでは、第１下シャフト進退機構２１２および第２下シャフト進退機構２２２に代えて、構造が異なる第１下シャフト進退機構２１２ａおよび第２下シャフト進退機構２２２ａが設けられる。さらに、第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１は、第１ボールジョイント３８１および第２ボールジョイント３８２を介して下ステージ３の第１下ステージ軸３３１および第２下ステージ軸３３２に接続される。その他の構成は、パターン描画装置１と同様であり、以下の説明において同符号を付す。

図２２は、第１下シャフト２１１、第１下シャフト進退機構２１２ａおよび第１リニアロッド２１５を示す平面図であり、図２３および図２４は、これらの構成を図２２中のＣ−ＣおよびＤ−Ｄの位置にて切断した断面図である。図２２ないし図２４に示すように、第１リニアロッド２１５は、第１下シャフト２１１に平行に伸びるとともに上部が開口した略直方体状の箱形の部材であり、セラミック等により形成される。

第１リニアロッド２１５は、第１下シャフト２１１の下側を覆う第１底面部２１６、第１底面部２１６から上方に広がって第１下シャフト２１１の長手方向に垂直な幅方向の両側を覆う一対の第１側壁部２１７、および、第１下シャフト２１１の長手方向の両端部において第１底面部２１６から上方に広がるとともに第１下シャフト２１１の両端部が固定される一対の第１下シャフト固定部２１８を備える。図２４に示すように、第１下シャフト２１１の両端部は、一対の第１下シャフト固定部２１８に形成された貫通孔に挿入されて固定される。

第１リニアロッド２１５の第１底面部２１６の下面２１６１は、図２４に示すように、定盤１１の定盤面１２に平行である。第１リニアロッド２１５には、下面２１６１から定盤面１２に向けてガスを噴出する第１リニアロッド浮上部２１９が設けられる。第１リニアロッド浮上部２１９からガスが噴出されることにより、第１リニアロッド２１５が、定盤面１２から僅かに浮上した状態で定盤面１２上に支持される。

第１下シャフト進退機構２１２ａは、図２３および図２４に示すように、断面が矩形の筒状である第１ガイド部２１２１、および、第１ガイド部２１２１の内側に固定された第１コイル２１２２を備える。第１ガイド部２１２１には、第１リニアロッド２１５および第１下シャフト２１１が挿入され、第１コイル２１２２には、第１下シャフト２１１が挿入される。第１下シャフト２１１は、略円筒状の薄肉の部材であり、内部に第１マグネット２１１１が設けられる。下ステージ移動機構２ｃでは、第１下シャフト２１１および第１下シャフト進退機構２１２ａにより第１下シャフトモータ２１が構成され、第１下シャフト２１１および第１リニアロッド２１５が、第１下シャフト２１１が伸びる方向へと移動する。第１リニアロッド２１５の移動は、第１ガイド部２１２１によりガイドされる。第１ガイド部２１２１の内面からはガスが噴出されており、第１リニアロッド２１５は、第１ガイド部２１２１に非接触の状態でガイドされる。

定盤１１では、第１下シャフト進退機構２１２ａの下方に第１凹部１３１が設けられており、第１ガイド部２１２１の下部が第１凹部１３１内に収容される。第１ガイド部２１２１の下側には、回転型サーボモータである下シャフト回動機構２３が接続される。下シャフト回動機構２３は定盤１１に埋め込まれており、第１ガイド部２１２１は定盤１１に対して回動可能に支持される。下シャフト回動機構２３により第１ガイド部２１２１が回動することにより、第１下シャフト２１１および第１リニアロッド２１５の向きが決定される。

図２５および図２６は、第２下シャフト２２１、第２下シャフト進退機構２２２ａおよび第２リニアロッド２２５の断面図であり、図２３および図２４に対応する。第２リニアロッド２２５および第２下シャフト進退機構２２２ａの構造は、第１リニアロッド２１５および第１下シャフト進退機構２１２ａと同様である。

第２リニアロッド２２５は、第１リニアロッド２１５と同様に、第２下シャフト２２１に平行に伸びるとともに第２下シャフト２２１の両端部が固定される箱形の部材であり、セラミック等により形成される。第２リニアロッド２２５は、第２底面部２２６、一対の第２側面部２２７、および、一対の第２下シャフト固定部２２８を備える。第２底面部２２６は、第２下シャフト２２１の下側を覆い、第２底面部２２６の下面２２６１は、図２６に示すように、定盤１１の定盤面１２に平行である。第２リニアロッド２２５には、下面２１６１から定盤面１２に向けてガスを噴出する第２リニアロッド浮上部２２９が設けられる。第２リニアロッド浮上部２２９からガスが噴出されることにより、第２リニアロッド２２５が、定盤面１２から僅かに浮上した状態で定盤面１２上に支持される。

パターン描画装置１ｃでは、定盤面１２から第１リニアロッド２１５の下面２１６１（図２４参照）および第２リニアロッド２２５の下面２２６１に向けてガスを噴出することにより、第１リニアロッド２１５および第２リニアロッド２２５を定盤面１２から浮上させて支持する第１リニアロッド浮上部および第２リニアロッド浮上部が設けられてもよい。

図２５および図２６に示すように、第２下シャフト進退機構２２２ａは、第１下シャフト進退機構２１２ａと同様に、断面が矩形の筒状である第２ガイド部２２２１、および、第２ガイド部２２２１の内側に固定された第２コイル２２２２を備える。第２ガイド部２２２１には、第２リニアロッド２２５および第２下シャフト２２１が挿入され、第２コイル２２２２には、第２下シャフト２２１が挿入される。第２下シャフト２２１は、略円筒状の薄肉の部材であり、内部に第２マグネット２２１１が設けられる。下ステージ移動機構２ｃでは、第２下シャフト２２１および第２下シャフト進退機構２２２ａにより第２下シャフトモータ２２が構成され、第２下シャフト２２１および第２リニアロッド２２５が、第２下シャフト２２１が伸びる方向へと移動する。第２リニアロッド２２５の移動は、第２ガイド部２２２１によりガイドされる。第２ガイド部２２２１の内面からはガスが噴出されており、第２リニアロッド２２５は、第２ガイド部２２２１に非接触の状態でガイドされる。

定盤１１では、第２下シャフト進退機構２２２ａの下方に第２凹部１３２が設けられており、第２ガイド部２２２１の下部が第２凹部１３２内に収容される。第２ガイド部２２２１の下側には、定盤面１２に垂直な第２下支持軸２２３が設けられ、第２下支持軸２２３は、第２凹部１３２の底面に形成された挿入穴１３５に挿入される。第２凹部１３２の底面、および、挿入穴１３５の内面からはガスが噴出されており、これにより、第２ガイド部２２２１および第２下支持軸２２３が、定盤１１に非接触の状態にて回動可能に支持される。

図２７は、第１リニアロッド２１５の先端部近傍を拡大して示す側面図である。第１リニアロッド２１５の先端部では、一方の第１下シャフト固定部２１８を貫通する第１下シャフト２１１が、下ステージ３の第１下ステージ軸３３１が挿入される第１ボールジョイント３８１に直接的に接続される。なお、第１下シャフト２１１の先端部は、第１リニアロッド２１５を介して間接的に第１ボールジョイント３８１に接続されてもよい。第１ボールジョイント３８１は、下ステージ本体３０の凹部３２の上側および下側を覆う部位（すなわち、第１下ステージ軸３３１の両端部が固定される部位）から離間している。

図２８は、第１ボールジョイント３８１の断面図である。図２８では、第１ボールジョイント３８１に挿入される第１下ステージ軸３３１も併せて描いている。第１ボールジョイント３８１は、多孔質材料にて略球状に形成された内球部３８４、内球部３８４を覆う略球状の内面を有する球保持部３８５、および、球保持部３８５を貫通する配管３８６を介して内球部３８４にガスを供給する第１ガス供給部３８７を備える。内球部３８４は、第１下ステージ軸３３１が挿入される貫通孔３８４１を中心部に有し、球保持部３８５は、貫通孔３８４１の上下に位置する２つの貫通孔３８５１を有する。貫通孔３８５１の直径は、第１下ステージ軸３３１の直径、および、貫通孔３８４１の直径よりも大きい。本実施の形態では、貫通孔３８５１の直径は、第１下ステージ軸３３１の直径よりも約２ｍｍ大きい。

球保持部３８５には、第１下シャフト２１１（図２７参照）の先端部が接続されるシャフト接続部３８５２が設けられる。第１ボールジョイント３８１では、第１ガス供給部３８７から内球部３８４にガスが供給され、内球部３８４の表面（すなわち、内球部３８４の外面、および、貫通孔３８４１の内面）からガスが噴出する。このように、内球部３８４と第１下ステージ軸３３１との間、および、球保持部３８５と内球部３８４との間にガスを供給することにより、第１下ステージ軸３３１が内球部３８４に非接触にて支持され、内球部３８４が球保持部３８５に非接触にて支持される。

図２１に示す第２下シャフト２２１の先端部は、第１下シャフト２１１の第１ボールジョイント３８１に対する接続と同様に、下ステージ３の第２下ステージ軸３３２が挿入される第２ボールジョイント３８２に直接的に接続される。第２ボールジョイント３８２は、第１ボールジョイント３８１と同様に、上下方向において下ステージ本体３０から離間している。なお、第２下シャフト２２１は、第２リニアロッド２２５を介して間接的に第２ボールジョイント３８２に接続されてもよい。

第２ボールジョイント３８２の構造は、第１ボールジョイント３８１と同様である。具体的には、第２ボールジョイント３８２は、第２下ステージ軸３３２が挿入される貫通孔を中心部に有するとともに多孔質材料にて略球状に形成された内球部、内球部を覆う略球状の内面を有するとともに第２下シャフト２２１の先端部が接続される球保持部、および、内球部と第２下ステージ軸３３２との間、および、球保持部と内球部との間にガスを供給することにより、内球部に第２下ステージ軸３３２を非接触にて支持させるとともに球保持部に内球部を非接触にて支持させる第２ガス供給部を備える。

下ステージ移動機構２ｃによる下ステージ３の移動、および、パターン描画装置１ｃによるパターンの描画に係る動作は、第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。

図２１に示すパターン描画装置１ｃでは、第１の実施の形態と同様に、第１下シャフトモータ２１、第２下シャフトモータ２２および下シャフト回動機構２３により下ステージ３の位置および向きを変更することにより、下ステージ３の高速移動時においても、下ステージ３のピッチングを防止して下ステージ３の移動制御における位置精度を向上することができる。また、下ステージ移動機構２ｃの構成部品の個数を削減することにより、装置の製造コストを低減することができるとともに、構成部品の振動による下ステージ３の移動制御における位置精度の低下を抑制することができ、さらに、制御ゲインの決定の自由度が向上するため、より適切な移動制御を行うことができる。

パターン描画装置１ｃでは、上述のように、第１下シャフト２１１の両端部が第１リニアロッド２１５に固定され、第１リニアロッド２１５の第１底面部２１６が定盤面１２上に支持される。また、第２下シャフト２２１の両端部が第２リニアロッド２２５に固定され、第２リニアロッド２２５の第２底面部２２６が定盤面１２上に支持される。これにより、長い第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１が設けられる場合であっても、第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１のたわみ等の変形を防止し、下ステージ３の移動制御における位置精度をより向上することができる。

さらに、第１リニアロッド浮上部２１９および第２リニアロッド浮上部２２９により、第１リニアロッド２１５および第２リニアロッド２２５の下面２１６１，２２６１から定盤面１２に向けてガスを噴出することにより、第１リニアロッド２１５および第２リニアロッド２２５が、定盤面１２から浮上した状態で支持される。これにより、第１リニアロッド２１５および第２リニアロッド２２５と定盤面１２との摩擦による下ステージ３の移動への影響を防止することができる。

上述のように、パターン描画装置１ｃでは、第１下シャフト２１１の先端部が、第１下ステージ軸３３１が挿入される第１ボールジョイント３８１に接続され、第２下シャフト２２１の先端部が、第２下ステージ軸３３２が挿入される第２ボールジョイント３８２に接続される。第１ボールジョイント３８１および第２ボールジョイント３８２では、第１下ステージ軸３３１および第２下ステージ軸３３２が内球部３８４により非接触にて支持され、内球部３８４が球保持部３８５により非接触にて支持される。これにより、下ステージ３が僅かに傾いて第１下ステージ軸３３１および第２下ステージ軸３３２が垂直方向から傾いた場合であっても、第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１が、第１下ステージ軸３３１および第２下ステージ軸３３２により捻られることを防止することができる。

また、第１ボールジョイント３８１および第２ボールジョイント３８２が、下ステージ本体３０から離間して配置されることにより、下ステージ３が僅かに上下方向に移動した場合であっても、第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１が上下方向に移動することを防止することができる。このように、第１ボールジョイント３８１および第２ボールジョイント３８２により、下ステージ３のピッチング、ヨーイングおよびヒービングを吸収することにより、下ステージ移動機構２ｃによる下ステージ３の移動制御における位置精度をさらに向上することができる。

次に、本発明の第５の実施の形態に係るパターン描画装置について説明する。図２９は、第５の実施の形態に係るパターン描画装置１ｄを示す平面図である。パターン描画装置１ｄは、図１８および図１９に示すパターン描画装置１ａの各構成に加え、下ステージ移動機構２ｄが、図２２ないし図２６に示す第１リニアロッド２１５および第２リニアロッド２２５を備える。また、第１下シャフト進退機構２１２および第２下シャフト進退機構２２２に代えて、図２２ないし図２６に示す第１下シャフト進退機構２１２ａおよび第２下シャフト進退機構２２２ａが設けられる。ただし、第１下シャフト進退機構２１２ａの第１ガイド部２１２１の下側には下シャフト回動機構２３は設けられず、第２ガイド部２２２１と同様に、定盤面１２に垂直な軸が設けられ、当該軸が第１凹部１３１（図２３参照）の底面に設けられた挿入穴に挿入される。当該挿入穴の内面、および、第１凹部１３１の底面からはガスが噴出されており、これにより、当該軸および第１ガイド部２１２１が、定盤１１に非接触の状態にて回動可能に支持される。その他の構成は、パターン描画装置１ａと同様であり、以下の説明において同符号を付す。また、下ステージ移動機構２ｄによる下ステージ３の移動に係る動作は、第２の実施の形態と同様であるため説明を省略する。

パターン描画装置１ｄでは、第２の実施の形態と同様に、第１下シャフトモータ２１、第２下シャフトモータ２２および下ステージ回動機構２４により下ステージ３の位置および向きを変更することにより、下ステージ３の高速移動時においても、下ステージ３のピッチングを防止して下ステージ３の移動制御における位置精度を向上することができる。また、下ステージ移動機構２ｄの構成部品の個数を削減することにより、装置の製造コストを低減することができるとともに、構成部品の振動による下ステージ３の移動制御における位置精度の低下を抑制することができ、さらに、制御ゲインの決定の自由度が向上するため、より適切な移動制御を行うことができる。

また、第１下シャフト２１１の先端部と第２下シャフト２２１の先端部とが、同一の下ステージ回動軸２４１（図１９参照）に接続されるため、下ステージ位置指示値により指示される下ステージ３の位置を実現するために必要な第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１の長さを容易に求めることができる。さらに、下ステージ回動軸２４１が下ステージ３の中心位置に配置されることにより、第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１の長さをより容易に求めることができる。

パターン描画装置１ｄでは、第４の実施の形態と同様に、第１下シャフト２１１の両端部が第１リニアロッド２１５に固定され、第１リニアロッド２１５の第１底面部２１６（図２４参照）が定盤面１２上に支持される。また、第２下シャフト２２１の両端部が第２リニアロッド２２５に固定され、第２リニアロッド２２５の第２底面部２２６（図２６参照）が定盤面１２上に支持される。これにより、長い第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１が設けられる場合であっても、第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１のたわみ等の変形を防止し、下ステージ３の移動制御における位置精度をより向上することができる。

さらに、第１リニアロッド浮上部２１９および第２リニアロッド浮上部２２９（図２４および図２６参照）により、第１リニアロッド２１５および第２リニアロッド２２５の下面２１６１，２２６１（図２４および図２６参照）から定盤面１２に向けてガスを噴出することにより、第１リニアロッド２１５および第２リニアロッド２２５が、定盤面１２から浮上した状態で支持される。これにより、第１リニアロッド２１５および第２リニアロッド２２５と定盤面１２との摩擦による下ステージ３の移動への影響を防止することができる。

次に、本発明の第６の実施の形態に係るパターン描画装置について説明する。図３０は、第６の実施の形態に係るパターン描画装置１ｅを示す平面図である。パターン描画装置１ｅは、図２０に示すパターン描画装置１ｂの各構成に加え、下ステージ移動機構２ｅが、第１リニアロッド２１５、第２リニアロッド２２５および第３リニアロッド２５５を備える。また、第１下シャフト進退機構２１２、第２下シャフト進退機構２２２および第３下シャフト進退機構２５２に代えて、第１下シャフト進退機構２１２ａ、第２下シャフト進退機構２２２ａおよび第３下シャフト進退機構２５２ａが設けられる。その他の構成は、パターン描画装置１ｂとおよそ同様であり、以下の説明において同符号を付す。また、下ステージ移動機構２ｅによる下ステージ３の移動に係る動作は、第３の実施の形態と同様であるため説明を省略する。

第１下シャフト２１１、第２下シャフト２２１および第３下シャフト２５１の先端部は、第１ボールジョイント３８１、第２ボールジョイント３８２および第３ボールジョイント３８３を介して第１下ステージ軸３３１、第２下ステージ軸３３２および第３下ステージ軸３３３に接続される。第３リニアロッド２５５の構造は、図２２ないし図２６に示す第１リニアロッド２１５および第２リニアロッド２２５の構造と同様であり、第３ボールジョイント３８３の構造は、図２８に示す第１ボールジョイント３８１の構造と同様である。

具体的には、第３リニアロッド２５５は、第３下シャフト２５１に平行に伸びるとともに第３下シャフト２５１の両端部が固定される箱形の部材であり、セラミック等により形成される。第３リニアロッド２５５は、第３下シャフト２５１の下側を覆う第３底面部、一対の第３側壁部、および、一対の第３シャフト固定部を備える。第３底面部の下面は、定盤１１の定盤面１２に平行である。第３リニアロッド２５５には、下面から定盤面１２に向けてガスを噴出する第３リニアロッド浮上部が設けられる。第３リニアロッド浮上部からガスが噴出されることにより、第３リニアロッド２５５が、定盤面１２から浮上した状態で定盤面１２上に支持される。パターン描画装置１ｅでは、定盤面１２から第３リニアロッド２５５の下面に向けてガスを噴出することにより、第３リニアロッド２５５を定盤面１２から浮上させて支持する第３リニアロッド浮上部が設けられてもよい。

また、第３ボールジョイント３８３は、第３下ステージ軸３３３が挿入される貫通孔を中心部に有するとともに多孔質材料にて略球状に形成された内球部、内球部を覆う略球状の内面を有し、第３下シャフト２５１の先端部が接続される球保持部、および、上記内球部と第３下ステージ軸３３３との間、および、球保持部と内球部との間にガスを供給することにより、内球部に第３下ステージ軸３３３を非接触にて支持させるとともに球保持部に内球部を非接触にて支持させる第３ガス供給部を備える。

パターン描画装置１ｅでは、第１下シャフト進退機構２１２ａの定盤１１に対する支持方法は、図２５および図２６に示す第２下シャフト進退機構２２２ａと同様であり、第３下シャフト進退機構２５２ａの構造および定盤１１に対する支持方法も、第２下シャフト進退機構２２２ａと同様である。具体的には、第３下シャフト進退機構２５２ａは、定盤１１に非接触にて回動可能に支持されるとともに第３下シャフト２５１が伸びる方向への第３リニアロッド２５５の移動をガイドする第３ガイド部、および、第３ガイド部に固定されて第３下シャフト２５１が挿入される第３コイルを備える。また、第３下シャフト２５１は、第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１と同様に略円筒状であり、第３下シャフト２５１の内部に第３マグネットが設けられる。

パターン描画装置１ｅでは、第３の実施の形態と同様に、第１下シャフトモータ２１、第２下シャフトモータ２２および第３下シャフトモータ２５により下ステージ３の位置および向きを変更することにより、下ステージ３の高速移動時においても、下ステージ３のピッチングを防止して下ステージ３の移動制御における位置精度を向上することができる。また、下ステージ移動機構２ｅの構成部品の個数を削減することにより、装置の製造コストを低減することができるとともに、構成部品の振動による下ステージ３の移動制御における位置精度の低下を抑制することができ、さらに、制御ゲインの決定の自由度が向上するため、より適切な移動制御を行うことができる。その上、向き決定機構として第１下シャフトモータ２１および第２下シャフトモータ２２と同様の構造を有する第３下シャフトモータ２５を利用することにより、下ステージ移動機構２ｅの構成を簡素化することができる。

パターン描画装置１ｅでは、第１下シャフト２１１、第２下シャフト２２１および第３下シャフト２５１の両端部がそれぞれ、第１リニアロッド２１５、第２リニアロッド２２５および第３リニアロッド２５５に固定され、第１リニアロッド２１５の第１底面部２１６、第２リニアロッド２２５の第２底面部２２６、および、第３リニアロッド２５５の第３底面部が定盤面１２上に支持される。これにより、長い第１下シャフト２１１、第２下シャフト２２１および第３下シャフト２５１が設けられる場合であっても、第１下シャフト２１１、第２下シャフト２２１および第３下シャフト２５１のたわみ等の変形を防止し、下ステージ３の移動制御における位置精度をより向上することができる。

また、第１リニアロッド２１５、第２リニアロッド２２５および第３リニアロッド２５５が、定盤面１２から浮上した状態で支持されることにより、第１リニアロッド２１５、第２リニアロッド２２５および第３リニアロッド２５５と定盤面１２との摩擦による下ステージ３の移動への影響を防止することができる。

パターン描画装置１ｅでは、第１下シャフト２１１の先端部が、第１下ステージ軸３３１が挿入される第１ボールジョイント３８１に接続され、第２下シャフト２２１の先端部が、第２下ステージ軸３３２が挿入される第２ボールジョイント３８２に接続され、第３下シャフト２５１の先端部が、第３下ステージ軸３３３が挿入される第３ボールジョイント３８３に接続される。第１ボールジョイント３８１、第２ボールジョイント３８２および第３ボールジョイント３８３では、第１下ステージ軸３３１、第２下ステージ軸３３２および第３下ステージ軸３３３が内球部により非接触にて支持され、内球部が球保持部により非接触にて支持される。また、第１ボールジョイント３８１、第２ボールジョイント３８２および第３ボールジョイント３８３が、下ステージ本体３０から離間して配置される。このため、第１ボールジョイント３８１、第２ボールジョイント３８２および第３ボールジョイント３８３により、下ステージ３のピッチング、ヨーイングおよびヒービングを吸収することができ、下ステージ移動機構２ｅによる下ステージ３の移動制御における位置精度をさらに向上することができる。

第１ボールジョイント３８１では、内球部３８４は必ずしも多孔質部材により形成される必要はない。例えば、図３１に示すように、第１ガス供給部３８７（図２８参照）から、球保持部３８５の複数の貫通孔３８５３を介して球保持部３８５と内球部３８４との間の間隙にガスが供給され、第１下ステージ軸３３１内の流路３３１１を介して内球部３８４と第１下ステージ軸３３１との間の間隙にガスが供給されてもよい。第２ボールジョイント３８２および第３ボールジョイント３８３においても同様である。

次に、本発明の第７の実施の形態に係るパターン描画装置について説明する。図３２は、第７の実施の形態に係るパターン描画装置の上ステージ５および上ステージ移動機構４ａ近傍の構成を拡大して示す平面図である。上ステージ移動機構４ａでは、第２上ステージ軸５３２が、上ステージ５の中心を挟んで第１上ステージ軸５３１の反対側に設けられ、第２上アクチュエータ４２の第２上シャフト４２１の先端部４２４、および、第３上アクチュエータ４３の第３上シャフト４３１の先端部４３４が、第２上ステージ軸５３２に接続される。その他の構成は、図８に示す上ステージ移動機構４とほぼ同様であり、以下の説明において同符号を付す。

上ステージ移動機構４ａでは、第３上シャフト４３１の先端部４３４が、第２上ステージ軸５３２を中心として上ステージ５に対して相対的に回動可能に上ステージ５に接続される。そして、上ステージ位置指示値に基づいて第１上シャフト４１１、第２上シャフト４２１および第３上シャフト４３１のそれぞれの長さが求められ、第１上シャフト進退機構４１２、第２上シャフト進退機構４２２および第３上シャフト進退機構４３２が制御されることにより、上ステージ５が上ステージ位置指示値が示す位置および向きへと移動する。

上ステージ移動機構４ａでは、第１の実施の形態と同様に、上ステージ５のピッチングが防止または抑制されることにより、上ステージ５の高速移動を可能とすることができる。また、上ステージ５の移動制御における位置精度を向上することができる。さらに、上ステージ移動機構４ａでは、第２上シャフト４２１の先端部４２４と第３上シャフト４３１の先端部４３４とが同一の第３上ステージ軸５３３に接続されるため、上ステージ位置指示値により指示される上ステージ５の位置を実現するために必要な第１上シャフト４１１、第２上シャフト４２１および第３上シャフト４３１の長さを容易に求めることができる。なお、上ステージ移動機構４ａでは、第３上シャフト４３１の先端部４３４が、第１上ステージ軸５３１に接続されてもよい。

次に、本発明の第８の実施の形態に係るパターン描画装置について説明する。図３３は、第８の実施の形態に係るパターン描画装置の上ステージ５および上ステージ移動機構４近傍の構成を拡大して示す平面図である。第８の実施の形態に係るパターン描画装置では、上ステージ５を下ステージ３の上面３１から浮上させる上ステージ浮上部が、上ステージ５の下面５４のガス噴出部５５（図７参照）に代えて、下ステージ３上において上ステージ５の周囲に配置される３つのエアパッド５５ａを備える。その他の構成は、図１に示すパターン描画装置１と同様であり、以下の説明において同符号を付す。

図３４は、エアパッド５５ａ近傍を拡大して示す側面図である。エアパッド５５ａは、上ステージ５の外周部において上ステージ５の下面５４および上面５１にそれぞれ対向するパッド下部５５１およびパッド上部５５２、並びに、パッド下部５５１とパッド上部５５２とを接続するパッド側部５５３を備える。パッド下部５５１とパッド上部５５２とは、上ステージ５の外周部を挟んで対向する。以下の説明では、パッド下部５５１の上ステージ５の下面５４に対向する面５５４を「パッド下部内面５５４」といい、パッド上部５５２の上ステージ５の上面５１に対向する面５５５を「パッド上部内面５５５」という。

第８の実施の形態に係るパターン描画装置では、各エアパッド５５ａのパッド下部内面５５４およびパッド上部内面５５５から、上ステージ５の下面５４および上面５１に向けてガスが噴出されることにより、上ステージ５が３つのエアパッド５５ａに非接触にて支持される。各エアパッド５５ａのパッド下部内面５５４は、上ステージ５の下面５４に向けてガスを噴出して上ステージ５を下方から支持する上ステージ支持面である。なお、下ステージ３において、上ステージ５を下方から支持する他の平面も設けられる場合は、複数のエアパッド５５ａのパッド下部内面５５４は、下ステージ３が有する平面である上ステージ支持面に含まれる。

第８の実施の形態に係るパターン描画装置では、下ステージ３に設けられた複数のエアパッド５５ａのパッド下部内面５５４から上ステージ５の下面５４に向けてガスを噴出して上ステージ５を浮上させることにより、上ステージ５と下ステージ３との摩擦による上ステージ５の移動への影響を防止することができる。また、エアパッド５５ａのパッド上部内面５５５から上ステージ５の上面５１に向けてガスを噴出することにより、上ステージ５の移動を阻害することなく、上ステージ５の上下方向の位置を容易に制限し、上ステージ５の浮上量が過大になってしまうことを防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、第１上シャフト進退機構４１２では、積層型圧電素子４１６に代えて電歪素子やリニアモータ等により第１上シャフト４１１の進退が行われてもよい。第２上シャフト進退機構４２２における第２上シャフト４２１の進退、および、第３上シャフト進退機構４３２における第３上シャフト４３１の進退についても同様である。

また、第１上シャフト４１１の先端部４１４には、必ずしも弾性ヒンジ４１４２が設けられる必要はなく、第１上シャフト４１１が、第１上ステージ軸５３１を中心として上ステージ５に対して相対的に回動可能に上ステージ５に接続されるのであれば、先端部４１４の構造は適宜変更されてよい。第２上シャフト４２１の先端部４２４、および、第３上シャフト４３１の先端部４３４においても同様である。

第１の実施の形態では、下ステージ３がＸ方向またはＹ方向に平行に移動する場合について説明したが、上記実施の形態に係るパターン描画装置では、下ステージ３はＸ方向およびＹ方向に対して斜めに移動してもよい。この場合も、第１下シャフト進退機構２１２、第２下シャフト進退機構２２２および下シャフト回動機構２３のそれぞれに対する制御ゲインが、第１の実施の形態と同様に可変とされることにより、高速かつ高精度なステージの移動制御を実現することができる。また、下ステージ移動制御部７１による下ステージ３の移動制御では、ＰＩＤ制御以外の様々な手法（例えば、比例制御や高次の微分値を使用した制御）によるフィードバック制御が行われてもよく、あるいは、フィードフォワード制御等が行われてもよい。

パターン描画装置では、下ステージ３のガス噴出部３５に代えて、定盤１１の定盤面１２から下ステージ３の下面に向けてガスを噴出することにより、下ステージ３を定盤面１２から浮上させるガス噴出部が定盤１１に設けられてもよい。具体的には、定盤面１２に多数の微小な穴を形成し、定盤１１内部の流路を介してこれらの穴から圧縮空気を噴出することにより下ステージ３を浮上させる。この場合も、下ステージ３と定盤面１２との摩擦による下ステージ３の移動への影響を防止することができる。

下ステージ３と定盤面１２との摩擦を防止または低減するという観点からは、ガス噴出部が省略され、第１下シャフトモータ２１および第２下シャフトモータ２２により、下ステージ３が定盤面１２の上方にて定盤面１２から離間した位置に機械的に支持されてもよい。また、下ステージ３の下面と定盤面１２との間に、ボールベアリングが設けられたり、潤滑油が付与されてもよく、定盤面１２がテフロン（登録商標）等により被覆されてもよい。上ステージ５についても同様に、上ステージ５の下面５４と下ステージ３の上面３１との間に、ボールベアリングが設けられたり、潤滑油が付与されてもよく、下ステージ３の上面３１がテフロン（登録商標）等により被覆されてもよい。

第２および第５の実施の形態に係るパターン描画装置では、下ステージ回動機構２４に代えて、Ｘ方向およびＹ方向にそれぞれ伸びる２つのガイドが、向き決定機構として設けられてもよい。これらのガイドは下ステージ３と共に移動し、下ステージ３がガイドに沿って水平面内で回動することなく移動する。この場合、第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１の先端部は、下ステージ３に固定された同一の軸（好ましくは、下ステージ３の中心位置に設けられる軸）にエアベアリング等を介して回動可能に接続される。このような構造を有するパターン描画装置では、２つのガイドは、下ステージ３の回動を規制する回動規制部とも捉えられる。

第３および第６の実施の形態に係るパターン描画装置では、第３下シャフトモータ２５は下ステージ３の（−Ｙ）側に設けられてもよい。この場合、チャンバ１４の（−Ｙ）側には、第１下シャフト２１１、第２下シャフト２２１および第３下シャフト２５１がそれぞれ挿入される３つの開口が設けられるが、例えば、チャンバ１４にＸ方向に長い１つの開口が設けられ、当該開口に３本の下シャフトが挿入されてもよい。また、第３下ステージ軸３３３は、必ずしも、第１下ステージ軸３３１と第２下ステージ軸３３２とを通る平面から離間して配置される必要はなく、当該平面内に設けられてよい。さらに、第３下シャフト２５１の先端が第１下ステージ軸３３１または第２下ステージ軸３３２に回動可能に接続されてもよい。換言すれば、第３下シャフト２５１が接続される第３下ステージ軸３３３として、第１下ステージ軸３３１または第２下ステージ軸３３２が兼用される。

第４ないし第６の実施の形態に係るパターン描画装置では、第１リニアロッド２１５、第２リニアロッド２２５および第３リニアロッド２５５は、必ずしも、定盤面１２から浮上した状態で定盤面１２に支持される必要はなく、定盤面１２に接触した状態で支持されてもよい。この場合、各リニアロッドと定盤面１２との摩擦を低減するために、各リニアロッドの底面部の下面や定盤面１２がテフロン（登録商標）やダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等により被覆されることが好ましい。また、各リニアロッドでは、一対の側壁部は省略されてもよい。

第１下シャフト進退機構２１２ａでは、第１コイル２１２２を支持し、かつ、第１リニアロッド２１５をガイドすることができるのであれば、第１ガイド部２１２１は筒状以外の様々な形状とされてよい。また、第１ガイド部２１２１は、定盤面１２上に設けられた門型のフレーム等を利用して上下両方から支持されてもよい。第２下シャフト進退機構２２２ａおよび第３下シャフト進退機構２５２ａにおいても同様である。

上記実施の形態に係るパターン描画装置では、下ステージ位置測定部６１は、必ずしもレーザ測長器および反射部を備えるものである必要はなく、他の様々な変位計等が利用されてよい。上ステージ位置測定部６４も同様に、必ずしも静電容量センサ６５を備えるものである必要はなく、レーザ測長器等、他の様々な変位計が利用されてよい。また、上ステージ位置測定部６４が定盤１１上に設けられるのであれば、下ステージ位置測定部６１は必ずしも設けられなくてもよい。

光照射部１５では、回折格子型の光変調素子を有する空間光変調器１５６により基板９上に光が照射されるが、基板９に対する光の照射は他の様々な種類の光変調器により行われてもよい。また、パターン描画装置によるパターンの描画は、半導体基板以外の様々な基板（例えば、液晶表示装置用のガラス基板や太陽電池パネル用の基板、プリント配線基板）に対して行われてよい。さらに、パターン描画装置では、光ビーム以外の放射線、例えば、電子ビームやイオンビームが基板に照射されることにより、パターンの描画が行われてもよい。電子ビームにより描画が行われるパターン描画装置では、上述のチャンバ１４として真空チャンバが用いられ、当該真空チャンバは、真空チャンバ内の空間が外部磁場の影響を受けないような材料により形成される。また、真空チャンバ内では、基板９は、例えば静電チャックにより上ステージ５に保持される。

第１下シャフト２１１では、その全長に亘って第１マグネット２１１１が設けられる必要はなく、例えば、第１下シャフト２１１のうち第１コイル２１２２を通過する部位のみに第１マグネット２１１１が設けられてもよい。この場合、第１下シャフト２１１のうち第１マグネット２１１１が設けられる部位よりも下ステージ３側の部位は、中実の棒状部材であってもよい。電子ビーム等による描画が行われるパターン描画装置では、当該中実の棒状部材を被磁性材とし、第１下シャフト２１１の第１マグネット２１１１が設けられた部位がチャンバ１４内に挿入されないように第１下シャフトモータ２１を配置することにより、第１マグネット２１１１によるチャンバ１４内の磁場変動を抑制または防止することができる。第２下シャフト２２１および第３下シャフト２５１においても同様である。

上述のパターン描画装置の構成のうち少なくとも定盤１１、下ステージ３、第１下シャフト２１１および第２下シャフト２２１、第１下シャフト進退機構２１２および第２下シャフト進退機構２２２、向き決定機構（すなわち、下シャフト回動機構２３や下ステージ回動機構２４、第３下シャフトモータ２５等）、上ステージ５、第１上シャフト４１１、第２上シャフト４２１および第３上シャフト４３１、第１上シャフト進退機構４１２、第２上シャフト進退機構４２２および第３上シャフト進退機構４３２、下ステージ移動制御部７１、並びに、上ステージ移動制御部７２を備える装置は、パターン描画装置以外の様々な装置において、下ステージ３および上ステージ５を移動するステージ移動装置として利用されてよい。

このようなステージ移動装置では、上記実施の形態と同様に、下ステージ３および上ステージ５の高速移動時においても、下ステージ３および上ステージ５のピッチングを防止して下ステージ３および上ステージ５の移動制御における位置精度を向上することができる。また、ステージ移動装置の構成部品の個数を削減することにより、装置の製造コストを低減することができるとともに、構成部品の振動による下ステージ３および上ステージ５の移動制御における位置精度の低下を抑制することができ、さらに、制御ゲインの決定の自由度が向上するため、より適切な移動制御を行うことができる。

上述のステージ移動装置では、定盤以外の下ステージ支持部が利用されてもよい。当該下ステージ支持部では、例えば、下ステージ３のガス噴出部３５やリニアガイドの移動範囲のみが平面（すなわち、下ステージ支持面）であってもよい。上ステージ支持部である下ステージ３についても同様に、下ステージ３の上面３１のうち、上ステージ５のガス噴出部５５の移動範囲のみが平面（すなわち、下ステージ支持面）であってもよい。

上述のステージ移動装置では、例えば、下ステージ３が比較的長い周期にて所定の方向に往復移動し、当該下ステージ３の移動と並行して、上ステージ５が比較的短い周期にて所定の方向に往復移動してもよい。換言すれば、下ステージ３による低周波数揺動と上ステージ５による高周波数揺動とが並行して行われてもよい。

上記ステージ移動装置は、例えば、インクジェット方式の印刷装置における印刷媒体の移動に利用されてもよい。あるいは、上述のＧＬＶの可動リボンに切削用のダイヤモンドスタイラス等を固定した切削ヘッドの下方に配置され、切削が行われる対象物の移動に利用されてもよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１，１ａ〜１ｅ パターン描画装置
２，２ａ〜２ｅ 下ステージ移動機構
３ 下ステージ
４，４ａ 上ステージ移動機構
５ 上ステージ
１１ 定盤
１２ 定盤面
２３ 下シャフト回動機構
２４ 下ステージ回動機構
３１ 上面
５１ 上面
５４ 下面
５５ ガス噴出部
５５ａ エアパッド
６１ 下ステージ位置測定部
６４ 上ステージ位置測定部
７１ 下ステージ移動制御部
７２ 上ステージ移動制御部
２１１ 第１下シャフト
２１２，２１２ａ 第１下シャフト進退機構
２１３ 第１下支持軸
２２１ 第２下シャフト
２２２，２２２ａ 第２下シャフト進退機構
２２３ 第２下支持軸
２４１ 下ステージ回動軸
２５１ 第３下シャフト
２５２，２５２ａ 第３下シャフト進退機構
３１１ 第１上支持軸
３１２ 第２上支持軸
３１３ 第３上支持軸
３３１ 第１下ステージ軸
３３２ 第２下ステージ軸
３３３ 第３下ステージ軸
４１１ 第１上シャフト
４１２ 第１上シャフト進退機構
４１４ 先端部
４１６ 積層型圧電素子
４２１ 第２上シャフト
４２２ 第２上シャフト進退機構
４２４ 先端部
４３１ 第３上シャフト
４３２ 第３上シャフト進退機構
４３４ 先端部
５３１ 第１上ステージ軸
５３２ 第２上ステージ軸
５３３ 第３上ステージ軸
５５４ パッド下部内面
４１４２ 弾性ヒンジ
Ｓ１１〜Ｓ２３ ステップ

Claims (6)

1. ステージ移動装置であって、
   下ステージ支持部と、
   前記下ステージ支持部が有する平面である下ステージ支持面上に配置される下ステージと、
   先端部が前記下ステージ支持面に垂直な第１下ステージ軸および第２下ステージ軸を中心としてそれぞれ、前記下ステージに対して相対的に回動可能に前記下ステージに接続されるとともに前記下ステージ支持面に平行に伸びる第１下シャフトおよび第２下シャフトと、
   前記下ステージ支持面に垂直な第１下支持軸を中心として回動可能に前記第１下シャフトを支持するとともに、前記第１下シャフトを長手方向に進退することにより前記第１下シャフトの支持位置から前記下ステージまでの前記第１下シャフトの長さを変更する第１下シャフト進退機構と、
   前記下ステージ支持面に垂直な第２下支持軸を中心として回動可能に前記第２下シャフトを支持するとともに、前記第２下シャフトを長手方向に進退することにより前記第２下シャフトの支持位置から前記下ステージまでの前記第２下シャフトの長さを変更する第２下シャフト進退機構と、
   前記下ステージ支持面に垂直な軸を中心とする前記下ステージの向きを決定する向き決定機構と、
   前記下ステージの位置および向きを指示する下ステージ位置指示値に基づいて、前記第１下シャフトの前記支持位置から前記下ステージまでの前記第１下シャフトの長さ、および、前記第２下シャフトの前記支持位置から前記下ステージまでの前記第２下シャフトの長さを求め、前記第１下シャフト進退機構、前記第２下シャフト進退機構および前記向き決定機構を制御する下ステージ移動制御部と、
   前記下ステージが有する平面である上ステージ支持面上に配置される上ステージと、
   先端部が前記上ステージ支持面に垂直な第１上ステージ軸を中心として、前記上ステージに対して相対的に回動可能に前記上ステージに接続されるとともに前記上ステージ支持面に平行に伸びる第１上シャフトと、
   先端部が前記上ステージ支持面に垂直な第２上ステージ軸を中心として、前記上ステージに対して相対的に回動可能に前記上ステージに接続されるとともに前記上ステージ支持面に平行に伸びる第２上シャフトと、
   先端部が前記上ステージ支持面に垂直な第３上ステージ軸を中心として、または、前記第１上ステージ軸もしくは前記第２上ステージ軸を中心として、前記上ステージに対して相対的に回動可能に前記上ステージに接続されるとともに前記上ステージ支持面に平行に伸びる第３上シャフトと、
   前記上ステージ支持面に垂直な第１上支持軸を中心として回動可能に前記第１上シャフトを支持するとともに、前記第１上シャフトを長手方向に進退することにより前記第１上シャフトの支持位置から前記上ステージまでの前記第１上シャフトの長さを変更する第１上シャフト進退機構と、
   前記上ステージ支持面に垂直な第２上支持軸を中心として回動可能に前記第２上シャフトを支持するとともに、前記第２上シャフトを長手方向に進退することにより前記第２上シャフトの支持位置から前記上ステージまでの前記第２上シャフトの長さを変更する第２上シャフト進退機構と、
   前記上ステージ支持面に垂直な第３上支持軸を中心として回動可能に前記第３上シャフトを支持するとともに、前記第３上シャフトを長手方向に進退することにより前記第３上シャフトの支持位置から前記上ステージまでの前記第３上シャフトの長さを変更する第３上シャフト進退機構と、
   前記上ステージの位置および向きを指示する上ステージ位置指示値に基づいて、前記第１上シャフトの前記支持位置から前記上ステージまでの前記第１上シャフトの長さ、前記第２上シャフトの前記支持位置から前記上ステージまでの前記第２上シャフトの長さ、および、前記第３上シャフトの前記支持位置から前記上ステージまでの前記第３上シャフトの長さを求め、前記第１上シャフト進退機構、前記第２上シャフト進退機構および前記第３上シャフト進退機構を制御する上ステージ移動制御部と、
   を備えることを特徴とするステージ移動装置。
2. 請求項１に記載のステージ移動装置であって、
   前記第１上シャフト進退機構、前記第２上シャフト進退機構および前記第３上シャフト進退機構がそれぞれ、前記第１上シャフト、前記第２上シャフトおよび前記第３上シャフトを長手方向に進退する圧電素子を備えることを特徴とするステージ移動装置。
3. 請求項１または２に記載のステージ移動装置であって、
   前記第１上シャフトの前記先端部が、弾性変形することにより前記第１上ステージ軸を中心として、前記第１上シャフトを前記上ステージに対して相対的に回動させる弾性ヒンジを備え、
   前記第２上シャフトの前記先端部が、弾性変形することにより前記第２上ステージ軸を中心として、前記第２上シャフトを前記上ステージに対して相対的に回動させる弾性ヒンジを備え、
   前記第３上シャフトの前記先端部が、弾性変形することにより前記第３上ステージ軸を中心として、前記第３上シャフトを前記上ステージに対して相対的に回動させる弾性ヒンジを備えることを特徴とするステージ移動装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のステージ移動装置であって、
   前記上ステージの下面から前記上ステージ支持面に向けて、または、前記上ステージ支持面から前記上ステージの前記下面に向けてガスを噴出することにより、前記上ステージを前記上ステージ支持面から浮上させる上ステージ浮上部をさらに備えることを特徴とするステージ移動装置。
5. 請求項４に記載のステージ移動装置であって、
   前記上ステージ浮上部が、前記上ステージの外周部において前記上ステージの前記下面および上面に対向する複数のエアパッドを備え、
   前記上ステージ支持面が、前記複数のエアパッドの前記上ステージの前記下面に対向する面を含み、
   前記複数のエアパッドから、前記上ステージの前記下面および前記上面に向けてガスが噴出されることにより、前記上ステージが前記複数のエアパッドに非接触にて支持されることを特徴とするステージ移動装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のステージ移動装置であって、
   前記下ステージの位置および向きを測定する下ステージ位置測定部と、
   前記上ステージの前記下ステージに対する相対的な位置および向きを測定する上ステージ位置測定部と、
   をさらに備え、
   前記下ステージ移動制御部が、前記下ステージ位置指示値および前記下ステージ位置測定部からの出力に基づいて前記第１下シャフト進退機構、前記第２下シャフト進退機構および前記向き決定機構を制御し、
   前記上ステージ位置指示値が、前記上ステージの前記下ステージに対する相対的な位置および向きを指示する値であり、
   前記上ステージ移動制御部が、前記上ステージ位置指示値および前記上ステージ位置測定部からの出力に基づいて前記第１上シャフト進退機構、前記第２上シャフト進退機構および前記第３上シャフト進退機構を制御することを特徴とするステージ移動装置。

Images