JP2014090198A - 移動体装置及びパターン形成装置、並びに移動体駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板ステージを小型化し、基板ステージの位置制御性（位置決め精度）の向上を図る。
【解決手段】 基板ステージ２１と、基板ステージ２１の自重を支持する自重キャンセル機構２７とを別体で構成する。これにより、基板ステージと自重キャンセル機構とを一体的に構成する場合と比べて基板ステージ（基板ステージを含む構造体）を小型・軽量化することができる。また、Ｘ駆動機構９７Ｘ，Ｙ駆動機構９７ＹによるＸ粗動ステージ２３Ｘ、Ｙ粗動ステージ２３Ｙの移動により、基板ステージがＸＹ平面内で駆動されるとともに、基板ステージの自重を支持する自重キャンセル機構も駆動される。これにより、基板ステージと自重キャンセル機構とを別体で構成しても支障なく、基板ステージを駆動できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動体装置、パターン形成装置及びパターン形成方法、デバイス製造方法、移動体装置の製造方法、並びに移動体駆動方法に係り、更に詳しくは、移動可能な移動体を備える移動体装置、物体にパターンを形成するパターン形成装置及び該パターン形成装置を用いるパターン形成方法、該パターン形成方法を用いるデバイス製造方法、前記移動体装置を製造する方法、並びに前記移動体を駆動する移動体駆動方法に関する。

従来、液晶ディスプレイ（フラットパネルディスプレイ）などのガラス基板を製造する工程などでは、例えば露光装置などの処理装置が用いられている。

この種の露光装置では被露光物体である基板を保持して２次元移動するステージと、このステージを駆動する駆動機構とを備えたステージ装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

しかるに、この種のステージ装置においては、基板が大型化すると、それに伴って基板を保持するステージ全体が大型化する。この基板の大型化は、ステージのストロークを長くし、ひいては装置全体の大型化及び重量の増大化を招くおそれがある。

更に、ステージ装置においてステージが大型化及び重量化すると、ステージの駆動に必要な駆動力も大きくなる。これにより、ステージを駆動する駆動機構が大型化するとともに、駆動機構から発生する熱も増大するため、その熱が基板及びその周辺に影響を与え、露光精度を低下させるおそれがある。

特開２００６−２０３１１３号公報

本発明は、上述した事情の下になされたものであり、第１の観点からすると、移動可能な移動体と、前記移動体の自重を支持するとともに、移動可能な支持装置と、前記移動体を駆動するとともに、前記移動体の移動に応じて前記支持装置を駆動する駆動装置とを備える第１の移動体装置である。

これによれば、移動体と、移動体の自重を支持する支持装置とが別体で構成されるので、移動体と支持装置とを一体的に構成する場合と比べて移動体（移動体を含む構造体）の小型・軽量化を図ることができる。また、駆動装置により、支持装置が移動体の移動に応じて移動されるので、移動体と支持装置とが別体で構成されていても、支障なく、移動体を移動させることが可能となる。

本発明は、第２の観点からすると、移動可能な移動体と、前記移動体の自重を支持するとともに、移動可能な支持装置と、前記支持装置の移動、及び前記移動体と前記支持装置との相対移動によって前記移動体を移動させる駆動装置とを備える第２の移動体装置である。

これによれば、移動体と、移動体の自重を支持する支持装置とが別体で構成されるので、移動体と支持装置とを一体的に構成する場合と比べて移動体（移動体を含む構造体）の小型・軽量化することができる。また、駆動装置が、支持装置の移動及び移動体と支持装置との相対移動により移動体を移動させるので、駆動装置が、移動体に対して直接的に作用させる駆動力を小さくすることができる。これにより、移動体の近傍に配置すべき駆動装置を小型化することができ、結果的に駆動装置から発生する熱の移動体周辺への影響を低減することが可能となる。

本発明は、第３の観点からすると、案内面を有するベースと、前記ベースに対して移動可能な移動体と、前記移動体の自重を支持するとともに、前記移動体の移動に応じて前記案内面上を移動可能な支持装置と、を備え、前記移動体は前記案内面から張り出すことができるように前記支持装置によって支持されている第３の移動体装置である。

本発明は、第４の観点からすると、物体上にパターンを形成するパターン形成装置であって、前記物体を前記移動体上で保持する本発明の第１ないし第３の移動体装置のいずれかと、前記物体にパターンを形成するパターニング装置と、を備えるパターン形成装置である。

これによれば、本発明の第１ないし第３の移動体装置のいずれかを備えているので、移動体の小型化に伴い、物体の位置制御性が向上し、高精度なパターン形成を行うことが可能となる。また、移動体装置全体の小型化により、パターン形成装置の小型化をはかることも可能となる。

本発明は、第５の観点からすると、本発明のパターン形成装置を用いて、物体にパターンを形成する第1のパターン形成方法である。これによれば、物体へのパターン形成を高精度に行うことが可能となる。

本発明は、第６の観点からすると、本発明の第1のパターン形成方法を用いたデバイスの製造方法である。

本発明は、第７の観点からすると、移動体装置の製造方法であって、案内面を有するベースを供給する工程と、前記ベースに対して移動可能な移動体を供給する工程と、前記移動体の自重を支持するとともに、該移動体の移動に応じて前記案内面上を移動可能であり、前記移動体が前記案内面から張り出すことができるように支持する支持装置を供給する工程、とを含む移動装置の製造方法である。

本発明は、第８の観点からすると、移動可能な支持装置により、移動体の自重を支持する工程と、前記移動体を駆動するとともに、前記移動体の移動に応じて前記支持装置を駆動する工程と、を含む第1の移動体駆動方法である。

本発明は、第９の観点からすると、移動可能な支持装置により移動体の自重を支持する工程と、前記支持装置の移動、及び前記移動体と前記支持装置との相対移動によって前記移動体を駆動する工程と、を含む第２の移動体駆動方法である。

本発明は、第１０の観点からすると、移動可能な支持装置により移動体の自重を支持する工程と、前記支持装置を案内面上で移動させる工程と、を含み、前記支持装置は、前記案内面よりも大きな移動領域で前記移動体を移動させるために、前記移動体が前記案内面から張り出すことができるように前記移動体を支持する移動体駆動方法である。

本発明は、第１１の観点からすると、物体上にパターンを形成するパターン形成方法であって、本発明の第１及び第２の移動体駆動方法のいずれかを用いて、前記物体を保持する移動体を駆動する第２のパターン形成方法である。

本発明は、第１２の観点からすると、本発明の第２のパターン形成方法を用いたデバイスの製造方法である。

一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 図１のステージ装置の一部を構成する基板ステージを一部省略して示す分解斜視図である。 図１のステージ装置を示す縦断面図である。 図４（Ａ）は、図１の自重キャンセル機構を示す縦断面図、図４（Ｂ）は、自重キャンセル機構を一部破断して示す斜視図である。 図５（Ａ）は、図３の傾斜許容部を示す斜視図であり、図５（Ｂ）は、傾斜許容部と三角錐状部材とが組み合わされた状態を示す斜視図である。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、基板テーブルの一部がステージベースから外側に張り出した状態で自重キャンセル機構によって支持される様子を説明するための図である。 図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、自重キャンセル機構の変形例を示す図である。 変形例に係るリニアモータの配置を説明するための図である。 図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、ステージ連結機構の配置及び構成を説明するための図である。 図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、ステージ連結機構の作用を説明するための図である。 自重キャンセル機構の拘束方法の変形例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図５（Ｂ）に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る露光装置１０の概略的な構成が示されている。この露光装置１０は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、すなわちいわゆるスキャニング・ステッパである。

露光装置１０は、図１に示されるように、照明系ＩＯＰ、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、基板ＰをＸＹ平面に沿って移動可能に保持するステージ装置１１、及びレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、ステージ装置１１などが搭載されたボディＢＤ、並びにこれらの制御系等を含んでいる。

照明系ＩＯＰは、例えば特開２００１−３１３２５０公報（対応する米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書）、及び特開２００２−００６１１０号公報（対応する米国特許出願公開第２００１／００３３４９０号明細書）などに開示される照明系と同様に構成されている。すなわち、照明系ＩＯＰは、レーザ光などのコヒーレントな露光用照明光（照明光）ＩＬを、レチクルＲに向けて射出する。この照明光ＩＬの波長は、例えば１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザ光）である。

ボディＢＤは、床面Ｆ上に設置された複数（例えば３つ又は４つ）の防振機構３７（但し、紙面奥側の防振機構は図示せず）によって複数点（３点又は４点）で支持された基板ステージ架台３５と、該基板ステージ架台３５上で複数本（例えば３本又は４本）の支持部材３３（但し、紙面奥側の支持部材３３は図示せず）を介して水平に支持された鏡筒定盤３１と、を含んでいる。基板ステージ架台３５の上面には、ステージベース１２が設置されている。

レチクルステージＲＳＴには、回路パターンなどがそのパターン面（図１における下面）に形成されたレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、鏡筒定盤３１の上面に一体的に設けられたＹ軸方向を長手方向とする凸部３１ａ，３１ｂ上で不図示のエアパッドを介して非接触状態で支持されている。レチクルステージＲＳＴは、凸部３１ａ，３１ｂの上面を基準として、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系（不図示）によって、所定の走査方向（ここでは図１における紙面に直交するＹ軸方向とする）に指定された走査速度で駆動可能であるとともに、ＸＹ平面内で微少駆動可能となっている。なお、鏡筒定盤３１と凸部３１ａ，３１ｂとを別部材で構成し、鏡筒定盤３１と凸部３１ａ，３１ｂとの間に防振機構３７と同様の防振機構をそれぞれ設けることとしても良い。

レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置（Ｚ軸回りの回転を含む）は、レチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）４１によって、レチクルステージ上に固定され（あるいは形成された）不図示の反射面を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。このレチクル干渉計４１の計測値は、不図示の主制御装置に送られ、主制御装置では、このレチクル干渉計４１の計測値に基づいてレチクルステージ駆動系を介してレチクルステージＲＳＴのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向）の位置（及び速度）を制御する。

投影光学系ＰＬは、複数の投影像を投影する複数の投影光学ユニットから構成され、レチクルステージＲＳＴの下方で、鏡筒定盤３１により支持され、その光軸の方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬとしては、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率（例えば縮小倍率（例えば１／５倍、１／４倍）、等倍、又は拡大倍率）を有する屈折光学系が使用されている。このため、照明系ＩＯＰからの照明光ＩＬによってレチクルＲ上の照明領域が照明されると、投影光学系ＰＬの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してその照明領域内のレチクルＲの回路パターンの投影像（部分正立像又は部分倒立像）が、その第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感光剤）が塗布された基板Ｐ上の前記照明領域に共役な照明光ＩＬの照射領域（露光領域）に形成される。そして、レチクルステージＲＳＴと基板ステージＰＳＴとの同期駆動によって、照明領域（照明光ＩＬ）に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させるとともに、露光領域（照明光ＩＬ）に対して基板Ｐを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動させることで、基板Ｐ上の１つのショット領域（区画領域）の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。すなわち、本実施形態では照明系ＩＯＰ、レチクルＲ及び投影光学系ＰＬによって基板Ｐ上にパターンが生成され、照明光ＩＬによる基板上の感光層（レジスト層）の露光によって基板Ｐ上にそのパターンが形成される。

ステージ装置１１は、基板ステージ架台３５上に配置され、基板Ｐを保持して、ＸＹ平面内を移動する基板ステージＰＳＴと、基板ステージＰＳＴの一部の自重を、基板ステージ架台３５上に載置されたステージベース１２上方で非接触支持する自重キャンセル機構（「心柱」とも呼ばれる）２７と、を含んでいる。

基板ステージＰＳＴは、ステージベース１２上方に配置され、Ｘ軸に沿って駆動されるＸ粗動ステージ２３Ｘと、Ｘ粗動ステージ２３Ｘ上に配置され、Ｘ粗動ステージ２３Ｘに対してＹ軸に沿って駆動されるＹ粗動ステージ２３Ｙと、Ｙ粗動ステージ２３Ｙの＋Ｚ側（上方）に配置され、基板Ｐを保持する基板テーブル２２Ａを一部に有する微動ステージ２１と、を含んでいる。

以下、基板ステージＰＳＴを構成する各部について具体的に説明する。図２には、基板テーブル２２Ａ及び自重キャンセル機構２７を取り除き、かつ一部分解した状態の基板ステージＰＳＴの斜視図が示されている。

Ｘ粗動ステージ２３Ｘは、図２に示されるように、平面視（Ｚ軸方向から見て）矩形の板状部材から成り、その中央部には、平面視（Ｚ軸方向から見て）円形の貫通孔２３Ｘａが形成されている。このＸ粗動ステージ２３Ｘの下面の四隅部には、Ｘスライダ６５がそれぞれ設けられている（ただし、紙面奥側の隅部に設けられたＸスライダ６５については不図示）。このうち、−Ｙ側の２つのＸスライダ６５は、Ｘ軸方向を長手方向とするＸガイド６１Ｘ₁に係合した状態となっており、＋Ｙ側の２つのＸスライダ６５は、Ｘガイド６１Ｘ₁から＋Ｙ側に所定間隔をあけた位置に配置されたＸ軸方向を長手方向とするＸガイド６１Ｘ₂に係合した状態となっている。Ｘスライダ６５は、内部に複数のボールが転動して循環する転がりガイドを含み、Ｘガイド６１Ｘ₁（又は６１Ｘ₂）の＋Ｙ側の面及び−Ｙ側の面に転がりガイドが形成される。従って、Ｘ粗動ステージ２３Ｘに対して、ボールネジを含むＸ駆動機構９７Ｘ（図１参照）によるＸ軸方向の駆動力が作用することにより、Ｘ粗動ステージ２３Ｘが、Ｘガイド６１Ｘ₁，６１Ｘ₂に沿って（Ｘ軸方向に沿って）駆動される。なお、各Ｘスライダ６５は、Ｘガイド６１Ｘ₁（又は６１Ｘ₂）の＋Ｙ側の面及び−Ｙ側の面に対して気体を噴出するエアガイドであっても良い。この場合、各Ｘスライダ６５と、Ｘガイド６１Ｘ₁（又は６１Ｘ₂）の＋Ｙ側の面及び−Ｙ側の面との間に、所定のクリアランスが形成される。

一方のＸガイド６１Ｘ₁は、Ｘ軸方向を長手方向とする板状部材６９₁によって下側から支持され、他方のＸガイド６１Ｘ₂は、Ｘ軸方向を長手方向とする板状部材６９₂によって下側から支持されている。そして、板状部材６９₁、６９₂のそれぞれは、複数本の支持脚６７によって、床面Ｆ上方で支持されている（図１参照）。

Ｘ粗動ステージ２３Ｘの上方に配置されたＹ粗動ステージ２３Ｙは、図２に示されるように、Ｘ粗動ステージ２３Ｘよりも面積の小さい平面視（Ｚ軸方向から見て）矩形の板状部材から成り、その中央部には、貫通孔２３Ｙａが形成されている。このＹ微動ステージ２３Ｙの下面の四隅部には、Ｙスライダ６３がそれぞれ設けられている（ただし、紙面奥側の隅部に設けられたＹスライダ６３については不図示）。このうち、＋Ｘ側の２つのＹスライダ６３は、Ｘ粗動ステージ２３Ｘの上面の＋Ｘ側の端部近傍に設けられたＹ軸方向を長手方向とするＹガイド６１Ｙ₁に係合した状態となっており、また、−Ｘ側の２つのＹスライダ６３は、Ｘ粗動ステージ２３Ｘの上面の−Ｘ側の端部近傍に設けられたＹ軸方向を長手方向とするＹガイド６１Ｙ₂に係合した状態となっている。Ｙスライダ６３の中は、複数のボールが転動して循環する転がりガイドを含み、Ｙガイド６１Ｙ₁（又は６１Ｙ₂）の＋Ｘ側の面及び−Ｘ側の面に転がりガイドが形成される。従って、Ｙ粗動ステージ２３Ｙに対して、ボールネジを含むＹ駆動機構９７Ｙ（図１参照）によるＹ軸方向の駆動力が作用することにより、Ｙ粗動ステージ２３Ｙが、Ｙガイド６１Ｙ₁，６１Ｙ₂に沿って（Ｙ軸方向に沿って）駆動されるようになっている。なお、各Ｙスライダ６３が、Ｙガイド６１Ｙ₁（又は６１Ｙ₂）の＋Ｘ側の面及び−Ｘ側の面に対して気体を噴出するエアガイドであっても良い。この場合、各Ｙスライダ６３と、Ｙガイド６１Ｙ₁（又は６１Ｙ₂）の＋Ｘ側の面及び−Ｘ側の面との間に、所定のクリアランスが形成される。

Ｙ粗動ステージ２３Ｙの上面には、合計７つの固定子（Ｘ固定子５３Ｘ₁、５３Ｘ₂、Ｙ固定子５３Ｙ₁、５３Ｙ₂、Ｚ固定子５３Ｚ₁，５３Ｚ₂、５３Ｚ₃）が設けられている。

これらのうちのＸ固定子５３Ｘ_１，５３Ｘ₂は、Ｙ粗動ステージ２３Ｙの上面の＋Ｘ側端部近傍において、支持部材５７によりそれぞれ支持されている。Ｘ固定子５３Ｘ_１，５３Ｘ₂の内部には、複数の電機子コイルを有する電機子ユニットが設けられている。

Ｙ固定子５３Ｙ_１，５３Ｙ₂は、Ｙ粗動ステージ２３Ｙの上面の−Ｙ側端部近傍において、支持部材５７によりそれぞれ支持されている。Ｙ固定子５３Ｙ_１，５３Ｙ₂の内部には、上記Ｘ固定子５３Ｘ₁、５３Ｘ₂と同様、複数の電機子コイルを有する電機子ユニットが設けられている。

Ｚ固定子５３Ｚ_１〜５３Ｚ₃は、Ｙ粗動ステージ２３Ｙの上面の一直線上に無い３点に配置されている。これらＺ固定子５３Ｙ₁〜５３Ｙ₃の内部には電機子コイルが設けられている。

図１に戻り、前記微動ステージ２１は、基板テーブル２２Ａと、該基板テーブル２２Ａを下側から支持するステージ本体部２２Ｂとを含んでいる。

基板テーブル２２Ａは、矩形板状の部材から成り、その上面には、不図示ではあるが、基板Ｐを吸着保持するための真空吸着機構（又は基板ホルダ）が設けられている。

ステージ本体部２２Ｂは、図２に示されるように、矩形の板状部材から成り、その−Ｘ側の側面には、取付部材２４Ｘを介して、移動鏡（バーミラー）１７Ｘが設けられ、＋Ｙ側の側面には、取付部材２４Ｙを介して、移動鏡（バーミラー）１７Ｙが設けられている。移動鏡１７Ｘの−Ｘ側の面と移動鏡１７Ｙの＋Ｙ側の面は、鏡面加工され反射面とされている。基板ステージ２１のＸＹ平面内の位置情報は、移動鏡１７Ｘ、１７Ｙに測長ビームを照射する基板レーザ干渉計（以下、「基板干渉計」という）１９（図１参照）によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ここで、実際には、Ｘ移動鏡１７ＸとＹ移動鏡１７Ｙのそれぞれに対応してＸレーザ干渉計とＹレーザ干渉計とが設けられているが、図１では、これらが代表的に基板干渉計１９として図示されている。

ステージ本体部２２Ｂの＋Ｘ側の側面には、断面Ｕ字状のＸ可動子５１Ｘ₁，５１Ｘ₂が固定されている。Ｘ可動子５１Ｘ₁，５１Ｘ₂それぞれの、一対の対向面には、不図示ではあるが、Ｘ軸方向に沿って配列された複数の永久磁石（又は単一の永久磁石）を含む磁極ユニットがそれぞれ設けられている。Ｘ可動子５１Ｘ₁，５１Ｘ₂は、ステージ本体部２２ＢとＹ粗動ステージ２３Ｙとが組み合った状態（図１の状態）では、Ｘ固定子５３Ｘ₁、５３Ｘ₂のそれぞれと係合する。このため、Ｘ固定子５３Ｘ₁、５３Ｘ₂の有する電機子ユニット（電機子コイル）に供給される電流と、Ｘ可動子５１Ｘ₁，５１Ｘ₂の有する磁極ユニットの内部空間に形成される磁界との間の電磁相互作用により、Ｘ可動子５１Ｘ₁，５１Ｘ₂にＸ軸方向の駆動力を作用させることが可能である。すなわち、本実施形態では、Ｘ可動子５１Ｘ₁とＸ固定子５３Ｘ₁とにより、Ｘ軸リニアモータ５５Ｘ₁が構成され、Ｘ可動子５１Ｘ₂とＸ固定子５３Ｘ₂とにより、Ｘ軸リニアモータ５５Ｘ₂が構成されている。

また、ステージ本体部２２Ｂの−Ｙ側の側面には、Ｙ可動子５１Ｙ₁，５１Ｙ₂が固定されている。Ｙ可動子５１Ｙ₁，５１Ｙ₂それぞれの、一対の対向面には、Ｙ軸方向に沿って配列された複数の永久磁石（又は単一の永久磁石）を含む磁極ユニットが設けられている。Ｙ可動子５１Ｙ₁，５１Ｙ₂は、ステージ本体部２２ＢとＹ粗動ステージ２３Ｙとが組み合った状態（図１の状態）では、Ｙ固定子５３Ｙ₁、５３Ｙ₂のそれぞれと係合する。このため、Ｙ固定子５３Ｙ₁、５３Ｙ₂の電機子ユニット（電機子コイル）に供給される電流と、Ｙ可動子５１Ｙ₁，５１Ｙ₂の磁極ユニットの内部空間に形成される磁界との間の電磁相互作用により、Ｙ可動子５１Ｙ₁，５１Ｙ₂のそれぞれにＹ軸方向の駆動力を作用させることができる。すなわち、本実施形態では、Ｙ可動子５１Ｙ₁とＹ固定子５３Ｙ₁とにより、Ｙ軸リニアモータ５５Ｙ₁が構成され、Ｙ可動子５１Ｙ₂とＹ固定子５３Ｙ₂とにより、Ｙ軸リニアモータ５５Ｙ₂が構成されている。

また、ステージ本体部２２Ｂの下面（−Ｚ側の面）には、ＸＺ断面が略逆Ｕ字状の形状を有するＺ可動子５１Ｚ₁，５１Ｚ₂，５１Ｚ₃が設けられている。Ｚ可動子５１Ｚ₁〜５１Ｚ₃それぞれの、一対の対向面には、永久磁石が設けられている。Ｚ可動子５１Ｚ₁〜５１Ｚ₃は、微動ステージ２１とＹ粗動ステージ２３Ｙとが組み合った状態（図１の状態）では、Ｚ固定子５３Ｚ₁〜５３Ｚ₃のそれぞれと係合する。このため、Ｙ固定子５３Ｚ₁〜５３Ｚ₃の電機子コイルに供給される電流と、Ｚ可動子５１Ｚ₁〜５１Ｙ₃の内部空間に形成される磁界との間の電磁相互作用により、Ｚ可動子５１Ｚ₁〜５１Ｚ₂のそれぞれにＺ軸方向の駆動力を作用させることができる。すなわち、本実施形態では、Ｚ可動子５１Ｚ₁とＺ固定子５３Ｚ₁とにより、Ｚ軸リニアモータ５５Ｚ₁が構成され、Ｚ可動子５１Ｚ₂とＺ固定子５３Ｚ₂とにより、Ｚ軸リニアモータ５５Ｚ₂が構成され、更に、Ｚ可動子５１Ｚ₃とＺ固定子５３Ｚ₃とにより、Ｚ軸リニアモータ５５Ｚ₃が構成されている。

上記のように、微動ステージ２１（ステージ本体部２２Ｂ）とＹ粗動ステージ２３Ｙとの間には、Ｘ軸リニアモータ５５Ｘ₁、５５Ｘ₂、Ｙ軸リニアモータ５５Ｙ₁、５５Ｙ₂、Ｚ軸リニアモータ５５Ｚ₁〜５５Ｚ₃が設けられているので、微動ステージ２１（ステージ本体部２２Ｂ）をＹ粗動ステージ２３Ｙに対して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に微小駆動することが可能である。また、Ｘ軸リニアモータ５５Ｘ₁、５５Ｘ₂それぞれの駆動力（又はＹ軸リニアモータ５５Ｙ₁、５５Ｙ₂それぞれの駆動力）を異ならせることにより、微動ステージ２１（ステージ本体部２２Ｂ）をＹ粗動ステージ２３Ｙに対して、Ｚ軸回りの回転方向（θｚ方向）に微小駆動することが可能であり、また、Ｚ軸リニアモータ５５Ｚ₁〜５５Ｚ₃それぞれの駆動力を異ならせることにより、微動ステージ２１（ステージ本体部２２Ｂ）をＹ粗動ステージ２３Ｙに対して、Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）、及びＹ軸回りの回転方向（θｙ方向）に微小駆動することが可能である。なお、図２では、微動ステージ２１の＋Ｘ側、−Ｙ側の側面にＸ軸、Ｙ軸リニアモータを設けるものを示したが、３辺又は４辺にリニアモータを分散させて配置するようにしても良い。また、磁極ユニットと電機子ユニットとが、少なくとも一部上記と逆の位置関係になっていても良い。

次に、自重キャンセル機構２７について、図３〜図５（Ｂ）に基づいて説明する。

図３には、ステージ装置１１から、上述したＸ軸リニアモータ、Ｙ軸リニアモータ、Ｚ軸リニアモータを取り去った状態が断面図にて示されている。

図３に示されるように、微動ステージ２１は、基板テーブル２２Ａと、ステージ本体部２２Ｂと、ステージ本体部２２Ｂの下方に設けられた傾斜許容部７６とを含んでいる。また、自重キャンセル機構２７は、前述したＸ粗動ステージ２３Ｘに形成された貫通孔２３Ｘａと、Ｙ粗動ステージ２３Ｙに形成された貫通孔２３Ｙａとを貫通した状態で配置されている。自重キャンセル機構２７は、筐体７０、該筐体７０の内部に設けられた空気バネ７１、及びＺ軸方向に上下動可能なスライド部７３を有する本体部７４と、本体部７４の下端部に設けられた３つのベースパッド７５と、を含んでいる。

筐体７０は、自重キャンセル機構２７の一部を破断して示す図４（Ａ）、図４（Ｂ）から分かるように、その内部に空間７７を有し、その空間７７内には、複数（図４（Ａ），図４（Ｂ）では４つ）のエアパッド７８が配置されている。

また、筐体７０の外周部には、所定間隔で、４つのフレクシャ８９それぞれの一端が固定されている。これらフレクシャ８９の他端は、図３に示されるように、Ｙ粗動ステージ２３Ｙの下面に設けられた４本の支持部材９０それぞれに接続されている。すなわち、筐体７０は、フレクシャ８９を介してＹ粗動ステージ２３Ｙに接続されているため、筐体７０は、フレクシャ８９の部材の剛性及び滑節の作用により、Ｘ、Ｙ軸方向に関して、拘束された状態となっており、Ｚ軸方向、θｘ、θｙ、θｚ方向に関しては拘束されない状態になっている。フレクシャ８９は、図３に示されるように、自重キャンセル機構２７の重心Ｇとほぼ同一の高さ位置（Ｚ位置）において、筐体７０に接続されている。

空気バネ７１は、筐体７０の内部空間７７内の最下部に設けられている。空気バネ７１には、不図示の気体供給装置から、気体が供給されており、これにより、空気バネ７１内部が、外部に比べて気圧の高い陽圧空間に設定されている。

スライド部７３は、図４（Ａ）に示されるように、直方体状のスライド部本体７９と、該スライド部本体７９の上端部に、玉継手（ボールジョイント）８０をそれぞれ介して固定された、平面視（＋Ｚ方向から見て）略菱形（図４（Ｂ）参照）の板状部材から成る３つのパッド部材８１と、を有している。各パッド部材８１は、ボールジョイント８０により、ＸＹ平面に対する傾斜方向の姿勢を変更することが可能となっている。これらパッド部材８１の上面（＋Ｚ側の面）からは、図３に示される傾斜許容部７６の下面に対して気体を噴出することが可能であり、傾斜許容部７６の下面と各パッド部材８１との間の前記気体の静圧により、パッド部材８１の上面と傾斜許容部７６の下面との間に所定のクリアランスが形成されている。

スライド部本体７９の外周面は、前述した筐体７０の内部に設けられた複数のエアパッド７８それぞれと対向している。このため、スライド部本体７９の外周面と、エアパッド７８の軸受面との間には、所定のクリアランスが形成されている。従って、本実施形態では、空気バネ７１内の圧力に応じて、スライド部７３をＺ軸方向にスライド駆動することが可能である。

各ベースパッド７５は、図４（Ａ），図４（Ｂ）に示されるように、ベースパッド本体８３と、該ベースパッド本体８３を筐体７０の下面に連結する玉継手（ボールジョイント）８２とを含んでいる。各ベースパッド本体８３は、ステージベース１２の上面に対して気体を噴出することにより、ステージベース１２の上面との間に所定のクリアランスを形成することができる。すなわち、各ベースパッド本体８３は、該ベースパッド本体８３の下面とステージベース１２の上面との間に、気体の静圧により所定のクリアランスを形成する、気体静圧軸受として機能する。また、各ベースパッド本体８３は、ボールジョイント８２により、ＸＹ平面に対する傾斜方向の姿勢を変更することが可能となっている。

図３に戻り、傾斜許容部７６は、基板ステージ２１のステージ本体部２２Ｂの下面に設けられた三角錐状部材８８と、スライド部７３（より詳しくは、図４（Ａ）に示される３つのパッド部材８１）との間に設けられている。傾斜許容部７６は、前述した３つのパッド部材８１により非接触支持されている。すなわち、複数の平面軸受によりステージ本体部２２Ｂは支持されている。換言すれば、傾斜許容部７６の本体部７４に対するＸＹ平面内における位置が変更可能になっている。

傾斜許容部７６は、図５（Ａ）に斜視図にて示されるように、土台部８４と、該土台部８４の上面に設けられた３つの支持部８５Ａ〜８５Ｃと、各支持部８５Ａ〜８５Ｃに設けられたヒンジ（又はボールジョイント）８６Ａ〜８６Ｃと、ヒンジ（又はボールジョイント）８６Ａ〜８６Ｃそれぞれに固定されたパッド部８７Ａ〜８７Ｃとを含んでいる。

パッド部８７Ａ〜８７Ｃそれぞれは、図５（Ｂ）に示されるように、三角錐状部材８８の面８８ａ〜８８ｃのそれぞれと対向し、面８８ａ〜８８ｃそれぞれに対して気体を噴出することが可能となっている。このため、各パッド部８７Ａ〜８７Ｃから噴出される気体の静圧により、各パッド部８７Ａ〜８７Ｃと各対向面との間に所定のクリアランスが形成される。また、パッド部８７Ａ〜８７Ｃは、支持部８５Ａ〜８５Ｃに対してヒンジ（又はボールジョイント）８６Ａ〜８６Ｃを介して取り付けられていることから、三角錐状部材８８は、傾斜許容部７６によって、θｘ、θｙ、θｚ方向の移動が許容された状態で支持されている。

上記のように構成される自重キャンセル機構２７によると、基板ステージ２１の自重が空気バネ７１内部の陽圧により支持されるとともに、３つのベースパッド７５の作用により、自重キャンセル機構２７とステージベース１２との間には常に所定のクリアランスが形成される。また、基板ステージ２１の下面に設けられた三角錐状部材８８と自重キャンセル機構２７との間には、両者に対して非接触とされた傾斜許容部７６が存在するため、基板ステージ２１の傾斜方向及びＸＹ平面内の移動（微少量の移動）を許容した状態で、自重キャンセル機構２７により、基板ステージ２１の自重を支持することが可能となっている。

また、自重キャンセル機構２７は、基板ステージ２１に対しては非接触とされているため、自重キャンセル機構２７に伝達する振動のうち、Ｘ、Ｙ、θｚ軸方向以外の振動が基板ステージ２１には伝わらない構成となっている。さらに、前述したように、自重キャンセル機構２７は、Ｘ、Ｙ軸方向以外の方向の拘束力がほぼ零のフレクシャ８９を介してＹ粗動ステージ２３Ｙと連結されているため（図３及び図４（Ａ）参照）、Ｙ粗動ステージ２３Ｙからの振動の一部であるＺ、θｘ、θｙ、θｚ軸方向の振動成分が自重キャンセル機構２７に伝わりにくくなっている。その結果、基板ステージ２１にはステージベース１２からの振動以外は伝わりにくくなっている。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）に戻り、筐体７０には、断面略Ｌ字状のアーム部９１が３本固定されている（ただし、紙面手前側に位置するアーム部については不図示）。これらアーム部９１それぞれの一端部には、プローブ部９２が設けられている。これらプローブ部９２の上方には、図３に示されるように、ターゲット部９３が設けられている。本実施形態では、これらプローブ部９２とターゲット部９３とを含んで、プローブ部９２とターゲット部９３との間の距離を計測することが可能な静電容量センサ（Ｚセンサ）９４が構成されている。ここで、Ｚセンサ９４を構成するプローブ部９２は、自重キャンセル機構２７の一部に設けられており、自重キャンセル機構２７は、ステージベース１２の上面に対して常に一定の姿勢が維持されることから、Ｚセンサ９４による計測結果を用いることにより、ステージベース１２上面を基準とした基板ステージ２１のＺ位置を算出する（換算する）ことができる。また、Ｚセンサ９４は、上述のように３つ設けられているため、３つのＺセンサ９４の計測結果を用いることで、ステージベース１２の上面を基準としたＸＹ平面に傾斜する方向に関する姿勢をも算出することが可能である。なお、本実施形態では、筐体７０には断面略Ｌ字状のアーム部９１が３本でなく、４本設けられていても良い。また、プローブ部９２とターゲット部９３の位置関係が逆であっても良い。また、Ｚセンサ９４は、３つに限定されるものではなく４つでも良く、また計測方式が静電容量センサに限ることなく、ＣＣＤ方式のレーザ変位計などであっても良い。なお、このＺセンサ９４により自重キャンセル機構２７と基板ステージ２１との相対的な位置関係を求めることができる。

図１に戻り、上述のようにして構成された露光装置１０では、不図示の主制御装置の管理の下、不図示のレチクルローダによって、レチクルステージＲＳＴ上へのレチクルＲのロード、及び不図示の基板ローダによって、基板ステージ２１上への基板Ｐのロードが行なわれる。その後、主制御装置により、不図示のアライメント検出系を用いてアライメント計測が実行され、アライメント計測の終了後、ステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行なわれる。この露光動作は従来から行われているステップ・アンド・スキャン方式と同様であるのでその説明は省略するものとする。

これらアライメント動作や、露光動作が行われる間、不図示の主制御装置は、干渉計１９の計測値に基づいて、ボールネジを含むＸ駆動機構９７Ｘ、Ｙ駆動機構９７Ｙを介して、Ｘ粗動ステージ２３Ｘ及びＹ粗動ステージ２３Ｙを駆動制御するとともに、干渉計１９の計測値及び３つのＺセンサ９４の計測値に基づいて、Ｘ軸リニアモータ５５Ｘ₁、５５Ｘ₂、Ｙ軸リニアモータ５５Ｙ₁、５５Ｙ₂、及びＺ軸リニアモータ５５Ｚ₁〜５５Ｚ₃を介して、基板ステージ２１（基板Ｐ）の位置制御を行う。すなわち、本実施形態では、Ｘ粗動ステージ２３Ｘ、Ｙ粗動ステージ２３Ｙ、及び自重キャンセル機構２７それぞれをＸＹ平面内において長ストロークで移動するとともに、これらに対して、基板ステージ２１を相対的に微小移動することにより、基板ＰをＸＹ平面内で移動（及び位置決め）するようになっている。

以上詳細に説明したように、本実施形態によると、基板ステージ２１の自重を支持する自重キャンセル機構２７が、基板ステージ２１と別体で構成されているので、基板ステージ２１と自重キャンセル機構２７とを一体的に構成する場合と比べて基板ステージ２１（基板ステージ２１を含む構造体）を小型・軽量化することができる。これにより、基板ステージ２１の位置制御性（位置決め精度を含む）が向上するので、露光装置１０の露光精度を向上させることが可能になる。

また、Ｘ駆動機構９７Ｘ，Ｙ駆動機構９７ＹによるＸ粗動ステージ２３Ｘ、Ｙ粗動ステージ２３Ｙの移動により、基板ステージ２１がＸＹ平面内で駆動されるとともに、基板ステージ２１の自重を支持する自重キャンセル機構２７も駆動されることから、基板ステージ２１と自重キャンセル機構２７とが別体で構成されていても支障なく、基板ステージ２１を駆動することが可能である。

また、本実施形態によると、基板ステージ２１と自重キャンセル機構２７とをＸ駆動機構９７Ｘ，Ｙ駆動機構９７Ｙを介してＸＹ平面内で駆動するとともに、Ｘ軸リニアモータ５５Ｘ₁、５５Ｘ₂、Ｙ軸リニアモータ５５Ｙ₁、５５Ｙ₂、及びＺ軸リニアモータ５５Ｚ₁〜５５Ｚ₃を介して基板ステージ２１と自重キャンセル機構２７とを相対的に６自由度方向に微小駆動することにより、基板ステージ２１の駆動制御を行う。従って、基板ステージ２１近傍に設けるべき駆動機構（５５Ｘ₁、５５Ｘ₂、５５Ｙ₁、５５Ｙ₂、５５Ｚ₁〜５５Ｚ₃）を小型化することができるので、駆動機構の発熱による基板Ｐへの影響（すなわち、露光精度への影響）を低減することが可能である。また、高さ方向（Ｚ軸方向）の重心位置とほぼ同一高さに駆動機構を配置することができるので重心駆動が可能となり、安定した姿勢維持が可能となる。

また、本実施形態によると、基板ステージ２１がステージベース１２上を移動する際に、基板ステージ２１の自重が自重キャンセル機構２７により常に支持されるようになっている。すなわち、ステージベース１２の＋Ｚ側の面と対向する自重キャンセル機構２７の−Ｚ側の面（ベースパッド本体８３の−Ｚ側の面）を小さく設定することで、ステージベース１２の＋Ｚ側の面の面積を小さくすることが可能となり、結果的に、ステージ装置１１ひいては露光装置１０全体の小型化を図ることができる。

例えば、図６（Ａ）に簡略化して示されるように、基板テーブル２２Ａ（基板ステージ２１）のＸＹ平面内における略中心を自重キャンセル機構２７で支持し、基板テーブル２２Ａ（基板ステージ２１）のＸＹ平面内における重心位置を含むように構成されている。このとき、自重キャンセル機構２７の−Ｚ側の面（ベースパッド本体８３の−Ｚ側の面）がステージベース１２の上面（案内面）に投影される領域の面積は、基板テーブル２２Ａ（基板ステージ２１）がステージベース１２の上面（案内面）に投影される領域の面積よりも小さく、かつ自重キャンセル機構２７が投影される領域は基板テーブル２２Ａ（基板ステージ２１）が投影される領域のほぼ中心となる。

従って、図６（Ｂ）に示されるように、自重キャンセル機構２７がステージベース１２の上面（案内面）の縁に位置したとしても、基板テーブル２２Ａ（基板ステージ２１）はＸＹ平面においてステージベース１２の上面（案内面）よりも張り出した（オーバーハング）状態で位置することになる。すなわち、基板テーブル２２Ａ（基板ステージ２１）は、ＸＹ平面においてステージベース１２の上面（案内面）よりも大きな範囲を移動することが可能となるため、ステージ可動領域、すなわち基板テーブル２２Ａ（基板ステージ２１）の所定の移動領域ＳＭＡ（図６（Ａ）参照）を設定すると、ステージベース１２の上面（案内面）の面積をその移動領域ＳＭＡの面積よりも小さくすることができる。

また、本実施形態によると、自重キャンセル機構２７は、Ｙ粗動ステージ２３Ｙに対して、フレクシャ８９を介して接続されているので、自重キャンセル機構２７とＹ粗動ステージ２３Ｙとは、Ｚ軸、θｘ、θｙ、θｚ方向に関して、振動が伝わりにくくなっている。従って、Ｙ粗動ステージ２３Ｙに伝達するＺ軸、θｘ、θｙ、θｚ方向の揺れ（広い意味での振動）が、自重キャンセル機構２７に伝わりにくくなっている。

また、本実施形態によると、基板ステージ２１は、基板ステージ２１を６自由度方向に駆動するリニアモータ、及び自重キャンセル機構２７を２自由度方向に駆動するボールネジを含む駆動機構９７X、９７Yのそれぞれと非接触に接続されて振動的に分離された状態となっているので、高精度な基板ステージ２１の駆動（位置決め）を行うことが可能となる。

また、本実施形態によると、ステージ装置１１が、自重キャンセル機構２７に設けられたプローブ部９２と基板ステージ２１に設けられたターゲット部９３とを含み、プローブ部９２とターゲット部９３との間の距離を計測することが可能な静電容量センサ（Ｚセンサ）９４を備えている。従って、自重キャンセル機構２７は、ステージベース１２の上面に対して常に一定の姿勢が維持されることから、Ｚセンサ９４による計測結果を、基板ステージ２１のステージベース１２上面を基準としたＺ位置に換算することができる。これにより、ステージベース１２の上面を基準とした基板ステージ２１（基板Ｐ）のＸＹ平面に傾斜する方向に関する姿勢を計測することが可能である。

なお、上記実施形態では、自重キャンセル機構２７として、空気バネ７１を内部に含むものを採用したが、これに限らず、例えば、図７（Ａ）に示されるように、空気バネ７１に代えて、コイルスプリングなどの弾性部材７１’を有する自重キャンセル機構２７’を採用することとしても良い。

また、空気バネや弾性部材に代えて、図７（Ｂ）に示されるような、Ｚ駆動機構１０１を有する自重キャンセル機構２７”を採用することとしても良い。このＺ駆動機構１０１は、＋Ｙ側から見て直角三角形状の形状を有するＸスライダ１０２Ｘと、該Ｘスライダ１０２Ｘの＋Ｚ側に載置された＋Ｙ方向から見て台形状の形状を有するＺスライダ１０２Ｚと、Ｘスライダ１０２Ｘに対してＸ軸方向の駆動力を付与するＸ駆動部１０３とを含んでいる。そして、Ｘスライダ１０２Ｘは、軸受１０４ＸによりＸ軸方向に摺動可能となっており、Ｚスライダ１０２Ｚは、軸受１０４ＺによりＺ軸方向に摺動可能となっている。

このＺ駆動機構１０１によると、Ｘスライダ１０２ＸとＺスライダ１０２Ｚとの間が楔状になっているため、図７（Ｃ）に示されるように、Ｘ駆動部１０３によりＸスライダ１０２Ｘを＋Ｘ方向に移動させることにより、Ｚスライダ１０２Ｚを＋Ｚ方向に移動させることが可能となっている。

なお、上記実施形態では、Ｙ粗動ステージ２３Ｙと自重キャンセル機構２７との間を、図３に示されるように、フレクシャ８９により、連結する場合について説明したが、これに限らず、例えば、板ばねにより、両者を連結することとしても良いし、ワイヤーロープにより、両者を連結することとしても良い。また、自重キャンセル機構２７の拘束を、エアパッドの静圧や、リニアモータが発生する電磁気力、あるいは磁気力などを用いて行うこととしても良い。なお、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）では、ステージ本体部２２Ｂを傾斜可能に支持するものとして、球面軸受を示しているが、図３の傾斜許容部７６に代えて、この球面軸受を用いることとしても良い。

また、上記実施形態では、図２に示されるような配置で、Ｘ軸リニアモータ５５Ｘ₁、５５Ｘ₂、Ｙ軸リニアモータ５５Ｙ₁、５５Ｙ₂、Ｚ軸リニアモータ５５Ｚ₁〜５５Ｚ₃を設けることとしたが、これに限らず、例えば、図８に示されるような配置を採用することができる。すなわち、図８に示されるように、Ｘ軸リニアモータ１５５Ｘ₁、１５５Ｘ₂をステージ本体２２Ｂの＋Ｙ側の側面及び−Ｙ側の側面に配置し、Ｙ軸リニアモータ１５５Ｙ₁、１５５Ｙ₂をステージ本体２２Ｂの＋Ｘ側の側面及び−Ｘ側の側面に配置することとしても良い。このようにしても、上記実施形態と同様にして、基板ステージ２１の駆動を行うことが可能である。

なお、上記実施形態では、傾斜許容部７６が、図５（Ａ），図５（Ｂ）に示されるように、ヒンジ（又はボールジョイント）８６Ａ〜８６Ｃと、３つのパッド部８７Ａ〜８７Ｃとを有する構成を採用することとしたが、これに限らず、例えば、土台部８４と微動ステージ２１（ステージ本体部２２Ｂ）との間にヒンジ（又はボールジョイント）が設けられる構成を採用することとしても良い。

なお、ステージ装置１１に、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示されるような、ステージ連結機構１１０Ｘ及びステージ連結機構１１０Ｙを各一対設けることとすることができる。

このうちの、ステージ連結機構１１０Ｘは、図９（Ａ）に示されるように、微動ステージ２１を構成するステージ本体部２２Ｂの下面に固定された第１板状部材１０５と、Ｙ粗動ステージ２３Ｙの上面に固定された第２板状部材１０９と、第２板状部材１０９の−Ｘ側の面に固定されたピストン機構１０７とを含む構成を採用することができる。ピストン機構１０７は、シリンダ１０７ｂと、該シリンダ１０７ｂの内周面に沿ってＸ軸方向にスライド移動可能な不図示のピストンが一端に固定されたピストンロッド１０７ａとを有している。また、ステージ連結機構１１０Ｙについても、同様の構成を採用することができる。

このステージ連結機構（例えばステージ連結機構１１０Ｘ）によると、図１０（Ａ）に示されるように、シリンダ１０７ｂの内部空間に気体を供給して、ピストンを介してピストンロッド１０７ａを−Ｘ方向に移動させることにより、ピストンロッド１０７ａの他端を第１板状部材１０５の＋Ｘ側の面に接触させることができる。また、図１０（Ｂ）に示されるように、シリンダ１０７ｂの内部空間に存在する気体を減少させて、ピストン１０７ａを＋Ｘ方向に移動させることにより、ピストンロッド１０７ａを第１板状部材１０５から離間させることができる。

これにより、上記実施形態のように、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行う場合等において、基板Ｐ（微動ステージ２１）を加速移動させるときには、微動ステージ２１とＹ粗動ステージ２３Ｙとの間を、図１０（Ａ）に示されるように、ステージ連結機構１１０Ｘ，１１０Ｙにより連結した状態で、その加速移動を行うこととする。そして、加速終了後、等速移動に移行した際には、図１０（Ｂ）に示されるように、ステージ連結機構１１０Ｘ，１１０Ｙの連結を解除して、Ｙ粗動ステージ２３Ｙと微動ステージ２１との間を切り離し、前述したＸ軸リニアモータ５５Ｘ₁、５５Ｘ₂、Ｙ軸リニアモータ５５Ｙ₁、５５Ｙ₂、及びＺ軸リニアモータ５５Ｚ₁〜５５Ｚ₃により、微動ステージ２１の位置制御を行うこととする。

このようにすることで、加速時（非露光時）において、Ｘ、Ｙ粗動ステージ２３Ｘ，２３Ｙに微動ステージ２１を追従させるための駆動力を、微動ステージ２１の位置制御を行う各モータ（５５Ｘ₁、５５Ｘ₂、５５Ｙ₁、５５Ｙ₂）に発生させる必要がなくなる。このため、各モータ（５５Ｘ₁、５５Ｘ₂、５５Ｙ₁、５５Ｙ₂）に必要とされる最大発生推力を小さくすることができるので、モータの小型化を図ることができる。これにより、ステージ装置１１全体の軽量化を図ることができるとともに、モータの発熱の露光精度への影響を低減することができる。また、モータの低コスト化を図ることも可能である。

なお、図９（Ａ）、図９（Ｂ）においては、ステージ連結機構１１０Ｘ，１１０Ｙの両方を設けることとしたが、これに限らず、いずれか一方のみ（例えばステージ連結機構１１０Ｙのみ）を設けることとしても良い。

また、ステージ連結機構１１０Ｘ，１１０Ｙとしては、上記の構成に限らず、例えば、永久磁石と電磁石との組み合わせにより、ステージ間を連結したり、連結を解除したりする構成を採用しても良いし、その他の構成を採用することとしても良い。

なお、上記実施形態では、図３に示されるように自重キャンセル機構２７が、Ｙ粗動ステージ２３Ｙと接続される場合について説明したが、これに限らず、図１１に示されるように、自重キャンセル機構２７が、基板ステージ２１（より正確には、ステージ本体部２２Ｂ）の下側に設けられた接続部材９０’と接続されるような構成を採用することとしても良い。この場合、自重キャンセル機構２７と接続部材９０’との間は、上記実施形態と同様、フレクシャにより接続（ＸＹ平面内において拘束）されても良い。その他、板ばねにより機械的に接続されても良いし、エアパッドの静圧、リニアモータが発生する電磁気力、あるいは磁気力などの力を発生する手段により接続（ＸＹ平面内における拘束）されても良い。

なお、上記実施形態では、照明光ＩＬとして、例えばＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。

また、上記実施形態では、照明光ＩＬとして、超高圧水銀ランプが発する紫外域の輝線（例えばｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）又はｉ線（波長３６５ｎｍ）など）を用いても良い。また、光源としては、ＡｒＦエキシマレーザ、超高圧水銀ランプに限らず、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光、波長１５７ｎｍのＦ₂レーザ光、波長１４６ｎｍのＫｒ₂エキシマレーザ光、波長１２６ｎｍのＡｒ₂エキシマレーザ光などの真空紫外光を発生する光源を使用しても良い。また、固体レーザ（出力波長：３５５ｎｍ、２６０ｎｍ）などを使用しても良い。

また、上記実施形態では、本発明が走査型露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、本発明は、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（いわゆるステッパ）、あるいはステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置、プロキシミティ方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナーなどにも好適に適用することができる。

なお、上記実施形態においては、光透過性のマスク基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスクを用いたが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク）を用いても良い。例えば、非発光型画像表示素子（空間光変調器とも呼ばれる）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を用いる可変成形マスクを用いることができる。

この他、例えば国際公開第２００４／０５３９５５号（対応する米国特許出願公開第２００５／０２５９２３４号明細書）などに開示される、投影光学系と基板との間に液体が満たされる液浸型露光装置などに本発明を適用しても良い。

また、露光装置の用途としては角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置に限定されることなく、例えば半導体製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。なお、露光対象となる基板はガラスプレートに限られるものでなく、例えばウエハなどでも良い。

なお、これまでは、基板上にパターンを形成する露光装置について説明したが、スキャン動作により、基板上にパターンを形成する方法は、露光装置に限らず、例えば、特開２００４−１３０３１２号公報などに開示される，インクジェットヘッド群と同様のインクジェット式の機能性液体付与装置を備えた素子製造装置を用いても実現可能である。

上記公開公報に開示されるインクジェットヘッド群は、所定の機能性液体（金属含有液体、感光材料など）をノズル（吐出口）から吐出して基板（例えばＰＥＴ、ガラス、シリコン、紙など）に付与するインクジェットヘッドを複数有している。このインクジェットヘッド群のような機能性液体付与装置を用意して、パターンの生成に用いることとすれば良い。この機能性液体付与装置を備えた素子製造装置では、基板を固定して、機能性液体付与装置を走査方向にスキャンしても良いし、基板と機能性液体付与装置とを相互に逆向きに走査しても良い。

例えば、液晶表示素子を製造する場合、上述した各種露光装置を用いてパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に形成する、いわゆる光リソグラフィ工程（感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成する工程）、露光された基板の現像工程、エッチング工程、及びレジスト剥離工程等の各処理工程を含むパターン形成ステップ、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列した、又はＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成ステップ、パターン形成ステップにて得られた所定パターンを有する基板、及びカラーフィルタ形成ステップにて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てるセル組み立てステップ、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、及びバックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させるモジュール組立ステップを経る。この場合、パターン形成ステップにおいて、上述した各種露光装置（上記実施形態の露光装置１０を含む）を用いて高スループットでプレートの露光が行われるので、結果的に、液晶表示素子の生産性を向上させることができる。

以上説明したように、本発明の移動体装置は、移動体を移動させるのに適している。また、本発明のパターン形成装置及びパターン形成方法は、物体にパターンを形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、液晶表示素子又は半導体素子などのマイクロデバイスを製造するのに適している。また、本発明の移動体装置を製造するのに適している。

１０…露光装置（パターン形成装置）、２１…基板ステージ（移動体）、２７…自重キャンセル機構（支持装置）、５５Ｘ₁，５５Ｘ₂…Ｘ軸リニアモータ（駆動装置の一部、第１駆動部）、５５Ｙ₁，５５Ｙ₂…Ｙ軸リニアモータ（駆動装置の一部、第１駆動部）、５５Ｚ₁，５５Ｚ₂，５５Ｚ₃…Ｚ軸リニアモータ（駆動装置の一部、第１駆動部）、９７Ｘ…Ｘ駆動機構（駆動装置の一部、第２駆動部）、９７Ｙ…Ｙ駆動機構（駆動装置の一部、第２駆動部）、１１０Ｘ，１１０Ｙ…ステージ連結機構（連結装置）、ＩＬ…照明光（エネルギビーム）、Ｐ…基板（物体）。

本発明は、移動体装置及びパターン形成装置、並びに移動体駆動方法に係り、更に詳しくは、移動可能な移動体を備える移動体装置及び基板にパターンを形成するパターン形成装置、並びに前記移動体を駆動する移動体駆動方法に関する。

本発明は、上述した事情の下になされたものであり、第１の観点からすると、移動可能な移動体と、前記移動体を支持するとともに、移動可能な支持装置と、前記移動体及び前記支持装置を駆動する駆動装置と、前記移動体と前記支持装置とを切り離し可能に連結する連結装置と、を備え、前記移動体は、前記連結装置により前記支持装置と連結した状態で第１の速度で移動するとともに、前記連結装置により前記支持装置との連結が解除された状態で前記第１の速度と異なる第２の速度で移動される移動体装置である。

これによれば、移動体と、移動体を支持する支持装置とが別体で構成されるので、移動体と支持装置とを一体的に構成する場合と比べて移動体（移動体を含む構造体）の小型・軽量化を図ることができる。

本発明は、第２の観点からすると、基板上にパターンを形成するパターン形成装置であって、前記基板を前記移動体上で保持する本発明の移動体装置と、前記基板にパターンを形成するパターニング装置と、を備えるパターン形成装置である。

これによれば、本発明の移動体装置を備えているので、移動体の小型化に伴い、基板の位置制御性が向上し、高精度なパターン形成を行うことが可能となる。また、移動体装置全体の小型化により、パターン形成装置の小型化をはかることも可能となる。

本発明は、第３の観点からすると、移動可能な支持装置により移動体を支持する工程と、前記移動体及び前記支持装置を駆動する工程と、を含み、前記駆動する工程は、前記移動体が連結装置により前記支持装置と連結された状態で第１の速度で移動する工程と、前記連結装置により前記移動体と前記支持装置との連結が解除された状態で前記移動体が前記第１の速度と異なる第２の速度で移動する工程とを含む移動体駆動方法である。

以上説明したように、本発明の移動体装置及び移動体駆動方法は、移動体を移動させるのに適している。また、本発明のパターン形成装置は、基板にパターンを形成するのに適している。

Claims (51)

1. 移動可能な移動体と、
   前記移動体の自重を支持するとともに、移動可能な支持装置と、
   前記移動体を駆動するとともに、前記移動体の移動に応じて前記支持装置を駆動する駆動装置と、を備える移動体装置。
2. 請求項１に記載の移動体装置において、
   前記駆動装置は、前記支持装置が前記移動体の支持を維持するように前記支持装置を駆動する移動体装置。
3. 請求項１に記載の移動体装置において、
   前記駆動装置は、前記移動体を駆動する第１駆動部を含み、
   前記第１駆動部は、前記支持装置とともに移動される移動体装置。
4. 請求項３に記載の移動体装置において、
   前記支持装置は、前記第１駆動部と振動的に分離されて配置される移動体装置。
5. 請求項３又は４に記載の移動体装置において、
   前記支持装置と前記第１駆動部は、それぞれ異なる部材に配置される移動体装置。
6. 請求項３〜５のいずれか一項に記載の移動体装置において、
   前記駆動装置は、前記第１駆動部を移動させる第２駆動部をさらに含み、
   前記第１駆動部の移動によって前記支持装置を移動させる移動体装置。
7. 請求項３〜６のいずれか一項に記載の移動体装置において、
   前記第１駆動部は、前記移動体を非接触で移動し、かつ前記支持装置と接続される移動体装置。
8. 請求項３〜７のいずれか一項に記載の移動体装置において、
   前記第１駆動部は、前記支持装置に対して、機械的、気体の静圧的、磁気的、及び電磁気的な手法のいずれか一つを用いて接続される移動体装置。
9. 請求項１又は２に記載の移動体装置において、
   前記駆動装置は、前記移動体と前記支持装置とを相対移動させる第１駆動部と、前記支持装置を移動させる第２駆動部とを含み、
   前記支持装置は、前記第１及び第２駆動部と振動的に分離して配置される移動体装置。
10. 請求項９に記載の移動体装置において、
    前記第１駆動部は、前記支持装置と接続され、前記第２駆動部は、前記第１駆動部を介して前記支持装置を移動させる移動体装置。
11. 請求項１又は２に記載の移動体装置において、
    前記駆動装置は、前記移動体と前記支持装置とを相対移動させる第１駆動部と、前記支持装置を移動させる第２駆動部とを含み、
    前記移動体は、前記第１及び第２駆動部と振動的に分離して配置される移動体装置。
12. 請求項１１に記載の移動体装置において、
    前記第１駆動部は、前記支持装置と接続され、前記第２駆動部は、前記第１駆動部を介して前記支持装置を移動させる移動体装置。
13. 請求項１又は２に記載の移動体装置において、
    前記駆動装置は、前記移動体を２次元方向に移動させる移動体装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の移動体装置
    前記移動体は、前記支持装置に対して少なくとも３自由度を有する移動体装置。
15. 請求項１４に記載の移動体装置において、
    前記移動体は、球面軸受及び複数の平面軸受の少なくとも一方を有する移動体装置。
16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記移動体と前記支持装置との間に設けられ、前記移動体の前記支持装置に対する位置を計測する計測装置を更に備える移動体装置。
17. 請求項１〜１６のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記移動体の加速中に、前記移動体と前記駆動装置とを機械的に連結し、前記移動体が等速移動中には、前記移動体と前記駆動装置との間を非接触状態とする連結装置を更に備える移動体装置。
18. 移動可能な移動体と、
    前記移動体の自重を支持するとともに、移動可能な支持装置と、
    前記支持装置の移動、及び前記移動体と前記支持装置との相対移動によって前記移動体を駆動する駆動装置と、を備える移動体装置。
19. 請求項１８に記載の移動体装置において、
    前記駆動装置は、前記移動体と前記支持装置とを相対移動させる第１駆動部を含み、
    前記第１駆動部は、前記移動体とともに移動される移動体装置。
20. 請求項１９に記載の移動体装置において、
    前記支持装置は、前記第１駆動部と振動的に分離されて配置される移動体装置。
21. 請求項１９又は２０に記載の移動体装置において、
    前記支持装置と前記第１駆動部は、それぞれ異なる部材に配置される移動体装置。
22. 請求項１９〜２１のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記駆動装置は、前記第１駆動部を移動させる第２駆動部をさらに含み、
    前記第１駆動部の移動によって前記支持装置を移動させる移動体装置。
23. 請求項１９〜２２のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記第１駆動部は、前記移動体を非接触で移動し、かつ前記支持装置と接続される移動体装置。
24. 請求項２３に記載の移動体装置において、
    前記第１駆動部は、前記支持装置に対して、機械的、気体の静圧的、磁気的、及び電磁気的な手法のいずれか一つを用いて接続される移動体装置。
25. 請求項１８に記載の移動体装置において、
    前記駆動装置は、前記移動体と前記支持装置とを相対移動させる第１駆動部と、前記支持装置を移動させる第２駆動部とを含み、
    前記支持装置は、前記第１及び第２駆動部と振動的に分離して配置される移動体装置。
26. 請求項２５に記載の移動体装置において、
    前記第１駆動部は、前記支持装置と接続され、前記第２駆動部は、前記第１駆動部を介して前記支持装置を移動させる移動体装置。
27. 請求項１８に記載の移動体装置において、
    前記駆動装置は、前記移動体と前記支持装置とを相対移動させる第１駆動部と、前記支持装置を移動させる第２駆動部とを含み、
    前記移動体は、前記第１及び第２駆動部と振動的に分離して配置される移動体装置。
28. 請求項２７に記載の移動体装置において、
    前記第１駆動部は、前記支持装置と接続され、前記第２駆動部は、前記第１駆動部を介して前記支持装置を移動させる移動体装置。
29. 請求項１８に記載の移動体装置において、
    前記駆動装置は、前記支持装置を２次元方向に移動させる移動体装置。
30. 請求項１８〜２９のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記移動体は、前記支持装置に対して少なくとも３自由度を有する移動体装置。
31. 請求項３０に記載の移動体装置において、
    前記移動体は、球面軸受及び複数の平面軸受の少なくとも一方を有する移動体装置。
32. 請求項１８〜３１のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記移動体と前記支持装置との間に設けられ、前記移動体の前記支持装置に対する位置を計測する計測装置を更に備える移動体装置。
33. 請求項１８〜３２のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記移動体の加速中に、前記移動体と前記駆動装置とを機械的に連結し、前記移動体が等速移動中には、前記移動体と前記駆動装置との間を非接触状態とする連結装置を更に備える移動体装置。
34. 案内面を有するベースと、
    前記ベースに対して移動可能な移動体と、
    前記移動体の自重を支持するとともに、前記移動体の移動に応じて前記案内面上を移動可能な支持装置と、を備え、
    前記移動体は前記案内面から張り出すことができるように前記支持装置によって支持されている移動体装置。
35. 請求項３４に記載の移動体装置において、
    前記移動体の移動可能な領域は、前記案内面よりも大きい移動体装置。
36. 請求項３４又は３５に記載の移動体装置において、
    前記支持装置は前記案内面と非接触で対向する案内部を有し、
    前記支持装置が前記移動体を支持する支持方向に関して、前記支持装置の前記案内面への投影面積は前記移動体の前記案内面への投影面積よりも小さい移動体装置。
37. 請求項３４〜３６のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記支持装置と前記移動体との間及び前記支持装置と前記ベースとの間に流体軸受が形成される移動体装置。
38. 請求項３４〜３７のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記支持装置は、前記移動体を支持方向に駆動する駆動装置を有する移動体装置。
39. 請求項３４〜３８のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記移動体は、前記支持装置に対して少なくとも３自由度を有する移動体装置。
40. 請求項３４〜３９のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記移動体と前記支持装置との間に設けられ、前記移動体の前記支持装置に対する位置を計測する計測装置を更に備える移動体装置。
41. 物体上にパターンを形成するパターン形成装置であって、
    前記物体を前記移動体上で保持する請求項１〜４０のいずれか一項に記載の移動体装置と、
    前記物体にパターンを形成するパターニング装置と、を備えるパターン形成装置。
42. 請求項４１に記載のパターン形成装置において、
    前記パターニング装置は、前記物体にエネルギビームを照射してパターンを形成するパターン形成装置。
43. 請求項４１又は４２に記載のパターン形成装置を用いて、物体にパターンを形成するパターン形成方法。
44. 請求項４３に記載のパターン形成方法を用いたデバイスの製造方法。
45. 移動体装置の製造方法であって、
    案内面を有するベースを供給する工程と、
    前記ベースに対して移動可能な移動体を供給する工程と、
    前記移動体の自重を支持するとともに、該移動体の移動に応じて前記案内面上を移動可能であり、前記移動体が前記案内面から張り出すことができるように支持する支持装置を供給する工程、とを含む移動装置の製造方法。
46. 移動可能な支持装置により、移動体の自重を支持する工程と、
    前記移動体を駆動するとともに、前記移動体の移動に応じて前記支持装置を駆動する工程と、を含む移動体駆動方法。
47. 請求項４６に記載の移動体駆動方法において、
    前記駆動する工程では、前記支持装置が前記移動体の支持を維持するように前記支持装置を駆動する移動体駆動方法。
48. 移動可能な支持装置により移動体の自重を支持する工程と、
    前記支持装置の移動、及び前記移動体と前記支持装置との相対移動によって前記移動体を駆動する工程と、を含む移動体駆動方法。
49. 移動可能な支持装置により移動体の自重を支持する工程と、
    前記支持装置を案内面上で移動させる工程と、を含み、
    前記支持装置は、前記案内面よりも大きな移動領域で前記移動体を移動させるために、前記移動体が前記案内面から張り出すことができるように前記移動体を支持する移動体駆動方法。
50. 物体上にパターンを形成するパターン形成方法であって、
    請求項４６〜４９のいずれか一項に記載の移動体駆動方法を用いて、前記物体を保持する移動体を駆動するパターン形成方法。
51. 請求項５０に記載のパターン形成方法を用いたデバイスの製造方法。

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