JP3540239B2 - ステージ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体素子等の製造時のリソグラフィ工程に使用される露光装置、ワークに対する機械加工に使用される工作機械、及び、測定対象物の形状を測定する測定器等の精密機器に用いられ、ワーク等の位置決め対象物を目標位置に移動させるステージ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
位置決め対象物を目標位置に移動させる装置として、例えば、半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気ヘッド等の製造時においてマスクパターンをウエハ等の基板上に転写するリソグラフィ工程に使用される露光装置では、位置決め対象物であるウエハを所定の露光位置に正確に位置させる必要があり、ウエハを搭載したウエハステージ、及び、ウエハステージに対して互いに直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）のそれぞれの推力を供給する移動機構を含むステージ装置を備えている。
【０００３】
このように、位置決め対象物を目標位置に正確に位置させる必要がある精密機器では、移動機構において生じた推力をバックラッシュを生じることなく高精度で位置決め対象物に供給しなければならず、また、位置決め対象物の移動時における振動等の発生を防止する必要もある。
【０００４】
そこで、従来の精密機器のステージ装置を構成する移動機構としては一般に、固定子に対して可動子が非接触状態で直線移動するリニアモータが用いられている。
【０００５】
例えば、特開平１１−２４３１３２号公報に開示された構成では、静圧空気軸受けを介してベースに支持されたステージの両端にリニアモータが発生する推力を作用させてステージを移動させる装置において、ステージに平行に移動する慣性体をベースに設け、ステージの移動時に慣性体を移動させることにより、リニアモータを介してベースに作用する反力を打ち消すような力をベースに作用させ、ステージ及び慣性体を含むベースの重心位置の移動を防止してステージに振動を生じないようにしている。
【０００６】
また、特開平１１−１６８０６４号公報に開示された構成では、ベース上に防振台等を介して定盤を支持し、Ｙガイドバー及びＹガイドバー搬送体を備えたＸステージを定盤上においてＸガイドバーに沿って移動自在に設け、このＸステージをＸ軸リニアモータを介してＸ方向に駆動するとともに、Ｘ軸リニアモータの固定子を定盤上に直動ガイドを介してＸ方向に移動できるように支持し、ベースに固定された制動フレームに取り付けられたＸ制動部材によって、固定子に対してＸステージを駆動する際の反力を打ち消すような制動力を与えるようにしている。
【０００７】
また、第１のＹガイドバー搬送体の底面及び外側面にはそれぞれベアリングを構成する空気噴出部が設けられている。さらに、これらの空気噴出部の近傍には、磁石又は真空ポケット等の予圧機構が組み込まれており、第１のＹガイドバー搬送体は、定盤の表面及びＸガイドバーの側面にそれぞれ一定の間隔を保ちつつ、Ｚ方向及びＹ方向に拘束されてＸ方向に移動できる。同様に、第２のＹガイドバー搬送体の底面にもエアベアリングを構成する空気噴出部及び磁石又は真空ポケット等の予圧機構が組み込まれており、Ｙガイドバー搬送体も定盤の上面に一定の間隔を保ちつつ拘束されてＸ方向に移動できる。
【０００８】
この構成により、可動部の移動時にモーメントや変形力等の発生を防止し、振動を抑制することができるとされている。
【０００９】
さらに、特開平８−６３２３１号公報に開示された構成では、整流リニアモータを用いた可動ステージ装置であって、リニアモータは、ガイドレスステージを１方の直線運動方向に移動させ、ある平面において微動のヨー回転を行わせるようにし、単一のボイスコイルモータを保持するキャリア／従動子を、直線運動方向に動くステージを概ね追従するように制御するとともに、ボイスコイルモータは、ある平面において電磁力を与えて直線運動方向に直交する方向にステージを微動させて適正なアライメントを得るようにし、さらに、整流リニアモータの一方の要素（コイル又は磁石）を、平面上を自在に動くことのできる駆動フレームの上に設け、駆動フレームを反力によって駆動し、装置の重心位置を維持するようにした構成が開示されている。この構成では、１つのリニアモータを使用する場合には、２つのボイスコイルモータを用いてヨー回転が補正される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のステージ装置では、位置決め対象物を互いに直交する２方向について、位置決め対象物をいずれか一方向に移動させた後に残る他方向に移動させる際に、位置決め対象物が駆動機構の駆動中心（駆動機構を他方向に平行な一対のリニアモータによって構成する場合にはリニアモータ間の中央の位置）に位置していない場合がある。また、位置決め対象物の形状により、移動方向である２方向にのそれぞれに直交する方向における位置決め対象物の重心位置が駆動機構の駆動中心に位置していない場合がある。このような状態で位置決め対象物を移動させると、位置決め対象物がヨーイング方向又はピッチング方向に偏向し、位置決め対象物を目標位置に正確に移動させることができなくなる問題がある。
【００１１】
この発明の目的は、位置決め対象物の移動時に、位置決め対象物やステージの重心位置が変位することに起因するヨーイング方向又はピッチング方向の偏向を防止し、位置決め対象物を目標位置に正確に移動させることができるステージ装置を提供すること、及び、ステージの移動による支持体の振動を抑制し、位置決め対象物を目標位置に正確に移動させることができるステージ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。
【００１３】
(1) ベース上に固定されたガイドを介して直線状に移動するステージであって、前記移動方向に直交する方向に移動するウエハステージを搭載したステージと、
前記移動方向に直交する方向における両端部のそれぞれに、前記ウエハステージの移動に伴うステージの重心位置を算出し、この算出されたステージの重心位置に応じた推力を供給する第１推力発生手段と、
ステージに移動時に第１推力発生手段からベースに伝達される反力に相反する力をベースに作用させる第２推力発生手段と、
を設けたことを特徴とする。
【００１４】
この構成においては、ウエハステージの移動に伴って変位したステージの重心位置に応じた推力がステージの両端に供給されるとともに、ステージの移動時にベースに伝達される反力に相反する力がベースに作用する。したがって、ステージの両端のそれぞれにステージの重心位置までの距離に反比例した推力を供給することにより、ステージの移動時にヨーイング方向の力がステージに作用することがない。また、ステージの移動によってベースにヨーイング方向に伝達される反力が打ち消され、ベースがヨーイングを生じることもない。
【００１５】
(2) 前記第１推力発生手段は、ステージの移動に必要な推力をＦとし、ステージの重心位置から両端部のそれぞれにおける推力の作用点までの距離をＬａ及びＬｂとして、
Ｆａ＝Ｆ×Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ）
Ｆｂ＝Ｆ×Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ）
により、距離Ｌａ側の端部に供給すべき推力Ｆａ及び距離Ｌｂ側の端部に供給すべき推力Ｆｂを決定又は配分することを特徴とする。
【００１６】
この構成においては、ステージの両端のそれぞれにステージの重心位置までの距離に反比例した推力が供給される。したがって、ステージの移動時に、ステージがヨーイングすることがない。
【００１７】
(3) 前記第２推力発生手段は、ベースにおいてステージが移動する平面に平行な平面内を移動自在にされ、ベースから推力の供給を受ける慣性体であることを特徴とする。
【００１８】
この構成においては、慣性体が、ステージの移動時にベースに作用する反力に応じて、ステージが移動する平面に平行な平面内を移動する。したがって、ステージの移動時に慣性体がベースに対して移動してステージの移動による反力に相反する力が慣性体からベースに作用し、ベースがヨーイング方向に回転することがない。
【００１９】
(4) 前記第２推力発生手段は、ステージが移動する平面に平行な平面内をベースに接触することなく移動することを特徴とする。
【００２０】
この構成においては、ステージが移動する平面に平行な平面内においてステージの移動時の反力に相反する力をベースに作用させることによってはベースの重心位置が移動することがなく、反力に相反する力を作用させてベースのヨーイングを制御する際に、反力に相反する力を作用させることによるベースの重心位置の移動を考慮する必要がない。
【００２１】
(5) 前記第２推力発生手段は、ベースの２カ所に配置され、ステージの移動に必要な推力をＦｘ、ステージの重心位置からベースの重心位置までの距離をＬｅ、第２推力発生手段における推力発生位置からベーズの重心位置までの距離をＬｃ，Ｌｄとして、
Ｆｃ＝−Ｆｘ｛（Ｌｄ＋Ｌｅ）／（Ｌｃ＋Ｌｄ）｝
Ｆｄ＝−Ｆｘ｛（Ｌｃ−Ｌｅ）／（Ｌｃ＋Ｌｄ）｝
により決定又は配分された推力Ｆｃ，Ｆｄの供給を受けることを特徴とする。
【００２２】
この構成においては、ステージの移動によってベースに作用する重心周りのモーメントが、慣性体の移動によって打ち消される。したがって、ステージの移動時にベースの重心周りのモーメントが釣り合い、ベースの重心周りのモーメントによってベースがヨーイング方向の回転を生じることがない。
【００２３】
(6) 前記ステージは互いに直交する方向に移動するＸ方向ステージ及びＹ方向ステージからなり、前記第１推力発生手段はＸ方向ステージ及びＹ方向ステージのそれぞれに供給すべき推力を発生する第１Ｘ方向推力発生手段及び第１Ｙ方向推力発生手段からなり、前記第２推力発生手段は第１Ｘ方向推力発生手段及び第１Ｙ方向推力発生手段からベースに伝達される反力に相反する力をベースに作用させる第２Ｘ方向推力発生手段及び第２Ｙ方向推力発生手段からなり、Ｘ方向ステージ及びＹ方向ステージが移動する平面に平行な平面内の４箇所でベースを支持する第１〜４の支持体を設け、
Ｘ方向ステージ及びＹ方向ステージを含むベースの重量をＷ、ベースの重心位置からＸ方向ステージの移動方向の２カ所における支持体の配置位置までの距離をＬα，Ｌβ、ベースの重心位置からＹ方向ステージの移動方向の２カ所における支持体の配置位置までの距離をＬγ，Ｌδとして、
Ｆα＝｛Ｌβ／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌδ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ
Ｆβ＝｛Ｌα／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌδ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ
Ｆγ＝｛Ｌα／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌγ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ
Ｆδ＝｛Ｌβ／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌγ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ
により、第１〜４の支持体の支持力Ｆα，Ｆβ，Ｆγ，Ｆδを決定又は配分することを特徴とする。
【００２４】
この構成においては、ベースを支持する４個の支持体のそれぞれの支持力が、各支持体からベースの重心位置までの距離に基づいて決定又は配分される。したがって、ステージの移動時におけるベースの重心位置に応じて、ステージが移動する平面に直交する平面内においてステージの移動によって生じるベースの重心周りのモーメントが支持体の支持力により打ち消され、ベースがピッチング方向に回転することがない。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の実施形態に係るステージ装置の構成を示す外観図である。ステージ装置１０は、半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気ヘッド等の製造時においてマスクパターンをウエハ等の基板上に転写するリソグラフィ工程に使用される露光装置に適用され、ウエハを互いに直交するＸ方向及びＹ方向において所定範囲内の任意の目標位置に移動させる。このステージ装置１０は、除振台（この発明のベースに相当する。）１の上面に構成されるＸ方向ステージ２、Ｘ方向ステージ２上をＸ方向に移動自在にされたＹ方向ステージ３、及び、Ｙ方向ステージ３上をＸ方向に直交するＹ方向に移動自在にされたウエハステージ４によって構成されている。
【００２６】
除振台１は、図示しない固定部上に設置され、外部の振動をＸ方向ステージ２に伝達しないための除振構造を備えている。除振台１には、４側面のそれぞれから突出したガイド８ａ〜８ｄに外嵌する慣性体９ａ〜９ｄが備えられている。慣性体９ａ，９ｂは、除振台１内に備えられている駆動機構により、ガイド８ａ，８ｂに沿ってＹ方向ステージ３の移動方向と平行なＸ方向に移動する。慣性体９ｃ，９ｄは、除振台１内に備えられている駆動機構により、ガイド８ｃ，８ｄに沿ってウエハステージ４の移動方向と平行なＹ方向に移動する。
【００２７】
Ｘ方向ステージ２は、Ｘ方向に平行な一対のリニアモータ５ａ，５ｂによって構成されている。より詳細には、Ｘ方向ステージ２は、ガイド部材６ａ，６ｂを介して除振台１の上面にＸ方向に移動自在にして取り付けられたリニアモータ５ａ，５ｂの固定子５１ａ，５１ｂによって構成されている。
【００２８】
Ｙ方向ステージ３は、Ｘ方向に直交するＹ方向に平行な一対のリニアモータ７ａ，７ｂを備えている。より詳細には、Ｙ方向ステージ３は、一対のリニアモータ７ａ，７ｂの固定子７１ａ，７１ｂ、及び、一対のリニアモータ５ａ，５ｂの可動子５２ａ，５２ｂによって構成されている。即ち、Ｙ方向ステージ３は、所定の間隔を設けて互いに平行に配置された一対のリニアモータ７ａ，７ｂの固定子７１ａ，７１ｂのＹ方向の両端に、一対のリニアモータ５ａ，５ｂの可動子５２ａ，５２ｂを固定したものである。ウエハステージ４は、Ｘ方向の両端に一対のリニアモータ７ａ，７ｂの可動子７２ａ，７２ｂを固定し、上面にウエハが搭載される。
【００２９】
この構成により、Ｙ方向ステージ３は、一対のリニアモータ５ａ，５ｂから供給される推力によってＸ方向ステージ２上をＸ方向に移動する。また、ウエハステージ４は、一対のリニアモータ７ａ，７ｂから供給される推力によってＹ方向ステージ３上をＹ方向に移動する。Ｙ方向ステージ３におけるウエハステージ４のＹ方向の位置が変化すると、Ｙ方向ステージ３におけるＹ方向の重量配分が変化し、Ｙ方向ステージ３の重心位置がＹ方向に変位する。
【００３０】
なお、上記のように構成したステージ装置１０において、本来はウエハステージ４上に搭載されるウエハが位置決め対象物であるが、ウエハはウエハステージ４上の位置を固定して載置されるため、Ｘ−Ｙ平面におけるウエハの位置はウエハステージ４とともに変位する。したがって、ウエハステージ４がこの発明の位置決め対象物に相当し、Ｙ方向ステージ３が同じくステージに相当する。
【００３１】
図２は、上記ステージ装置の構造を示すＸ方向から見た側面図である。図２に示すように、ステージ装置１０では、Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向において、Ｙ方向ステージ３の重心位置とウエハステージ４の重心位置とは、同一位置にある。また、Ｚ方向において、リニアモータ５ａ，５ｂにおける固定子５１ａ，５１ｂの中心位置と可動子５２ａ，５２ｂの中心位置とは一致しており、リニアモータ７ａ，７ｂにおける固定子７１ａ，７１ｂの中心位置と可動子７２ａ，７２ｂの中心位置とは一致している。この構成において、リニアモータ５ａ，５ｂにおける固定子５１ａ，５１ｂと可動子５２ａ，５２ｂとの対向位置がＹ方向ステージ３の推力の作用点であり、リニアモータ７ａ，７ｂにおける固定子７１ａ，７１ｂと可動子７２ａ，７２ｂとの対向位置がウエハステージ４の移動力の作用点である。
【００３２】
したがって、Ｚ方向において、Ｙ方向ステージ３におけるリニアモータ５ａ，５ｂからの推力の作用点、及び、ウエハステージ４におけるリニアモータ７ａ，７ｂからの推力の作用点は、同一位置にある。このように構成されていることから、Ｙ方向ステージ３がＸ方向ステージ２上をＸ方向に移動する際、及び、ウエハステージ４がＹ方向ステージ３上をＹ方向に移動する際に、Ｙ方向ステージ３及びウエハステージ４にピッチング方向のモーメントが作用することがない。
【００３３】
また、除振台１は、支持体４１〜４４を介して固定部４５上に設置されている。支持体４１〜４４は、Ｙ方向ステージ３及びウエハステージ４が移動する平面に平行な平面内の４箇所において除振台１の底面の４隅に配置されており、外部の振動を緩衝して振動が除振台１に直接作用することがないようにしている。各支持体４１〜４４は、一例として空気バネによって構成されており、調圧機構によって個別に支持力を増減できるようにされている。
【００３４】
図３は、上記ステージ装置の制御部の構成を示すブロック図である。上記ステージ装置１０の制御部２０は、マイクロコンピュータによって構成された制御回路２１に、変位検出センサ２２、リニアモータ駆動回路２３〜２６、慣性体駆動回路２７〜３０及び圧力調整回路３１〜３４を接続して構成されている。変位検出センサ２２は、レーザ干渉計等によって構成されており、Ｙ方向ステージ３におけるウエハステージ４のＹ方向の位置、及び、移動速度を検出する。リニアモータ駆動回路２３〜２６のそれぞれには、リニアモータ５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂのそれぞれが接続されている。慣性体駆動回路２７〜３０のそれぞれには、慣性体９ａ〜９ｄのそれぞれを駆動する駆動機構が接続されている。圧力調整回路３１〜３４のそれぞれには、支持体４１〜4 ４のそれぞれの支持力を調整する調圧機構が接続されている。また、制御回路２１には、図外の入力回路を介して目標位置データが入力される。この目標位置データは、ステージ装置１０のＸ−Ｙ平面においてウエハステージ４に載置されたウエハを位置させるべき場所を特定するデータである。
【００３５】
制御回路２１は、変位検出センサ２２の検出データに基づいてリニアモータ駆動回路２３〜２６に駆動データを出力することにより、リニアモータ５ａ，５ｂの可動子５２ａ，５２ｂを備えたＹ方向ステージ３、及び、リニアモータ７ａ，７ｂの可動子７２ａ，７２ｂを備えたウエハステージ４の移動動作をフィードバック制御し、ウエハステージ４に載置されたウエハを目標位置に位置させる。リニアモータ駆動回路２３〜２６は、制御回路２１から出力された駆動データに応じた電流をリニアモータ５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂの固定子５１ａ，５１ｂ，７１ａ，７１ｂに供給する。また、制御回路２１は、リニアモータ駆動回路２３〜２６に対する駆動データに応じた駆動データを慣性体駆動回路２７〜３０に出力することにより、駆動機構を介して慣性体９ａ〜９ｄに所定の推力を供給する。さらに、制御回路２１は、除振台１の重心位置に応じた調整データを圧力調整回路３１〜３４に出力することにより、調圧機構を介して支持体４１〜４４の支持力を調整する。
【００３６】
なお、変位検出センサ２２は、少なくともウエハステージ４の位置を検出することができるセンサであればよい。
【００３７】
図４は、上記ステージ装置の制御部における処理手順の一部を示すフローチャートである。また、図５は同ステージ装置のステージ移動時における各部の位置を示す平面図である。ステージ装置１０の制御部２０を構成する制御回路２１は、目標位置データが入力されると（１０１）、ステージ装置１０のＸ−Ｙ平面におけるウエハの現在位置と目標位置との差を算出し（１０２）、この差に基づいてリニアモータ駆動回路２３〜２６を介してリニアモータ５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂを駆動する。この時、制御回路２１は、Ｙ方向についてのウエハステージ４の現在位置に基づいてＹ方向ステージ３の重心位置Ｇｓを算出し（１０３）、得られた重心位置からリニアモータ５ａ，５ｂまでの距離Ｌａ，Ｌｂを求め、この距離Ｌａ，Ｌｂを用いて、重心周りのモーメントを作用させることなくＹ方向ステージ３を移動させるためのリニアモータ５ａ，５ｂのそれぞれに発生させるべき推力Ｆａ，Ｆｂを、
Ｆａ＝Ｆ×Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ） ・・・式１
Ｆｂ＝Ｆ×Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ） ・・・式２
によって求める（１０４）。
【００３８】
これとともに、制御回路２１は、Ｙ方向ステージ３及びウエハステージ４の位置に基づいてＹ方向ステージ３及びウエハステージ４を含む除振台１の重心位置Ｇｂを求めた後（１０５）、リニアモータ５ａ，５ｂが発生すべき推力Ｆａ，Ｆｂに基づいて、慣性体９ａ，９ｂに供給すべき推力ｆａ，ｆｂを、Ｙ方向ステージ３の重心位置Ｇｓから除振台１の重心位置Ｇｂまでの距離をＬｅ、慣性体９ａ，９ｂに対する推力発生位置から除振台１の重心位置Ｇｂまでの距離をＬｃ，Ｌｄとして、
ｆａ＝−（Ｆａ＋Ｆｂ）｛（Ｌｄ＋Ｌｅ）／（Ｌｃ＋Ｌｄ）｝・・・式３
ｆｂ＝−（Ｆａ＋Ｆｂ）｛（Ｌｃ−Ｌｅ）／（Ｌｃ＋Ｌｄ）｝・・・式４
により求める（１０６）。
【００３９】
さらに、制御回路２１は、除振台１の重心位置Ｇｂから各支持体４１〜４４までの距離Ｌα，Ｌβ，Ｌγ，Ｌδを求め（１０７）、距離Ｌα，Ｌβ，Ｌγ，Ｌδ、並びに、Ｙ方向ステージ３及びウエハステージ４を含む除振台１の重量Ｗに基づいて、支持体４１〜４４の支持力Ｆα，Ｆβ，Ｆγ，Ｆδを、
Ｆα＝｛Ｌβ／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌδ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ・・・式５
Ｆβ＝｛Ｌα／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌδ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ・・・式６
Ｆγ＝｛Ｌα／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌγ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ・・・式７
Ｆδ＝｛Ｌβ／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌγ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ・・・式８
によって算出する（１０８）。
【００４０】
制御回路２１は、上記式５〜８によって求めた支持力Ｆα，Ｆβ，Ｆγ，Ｆδを実現するように調圧機構を動作させた後（１０９）、上記式１及び２によって求めた推力Ｆａ，Ｆｂを実現する電流をリニアモータ５ａ，５ｂに供給し、Ｘ方向についてウエハステージ４が目標位置に達するまでＹ方向ステージ３を移動させる（１１０，１１１）。これとともに、Ｙ方向ステージ４が移動している間において、制御回路２１は、上記式３及び４によって求めた推力ｆａ及びｆｂを実現する電力を駆動機構に供給し、慣性体９ａ，９ｂを移動させる（１１２）。
【００４１】
上記の処理により、ステージ装置１０の制御部２０は、Ｙ方向ステージ３及びウエハステージ４を含む除振台１の重心位置Ｇｂに応じて支持体４１〜４４のそれぞれの支持力を調整した後に、Ｙ方向ステージ３をＸ方向に移動させる。このため、除振台１が安定した状態でＹ方向ステージ３を移動させることができ、Ｙ方向ステージ３の移動によって除振台１が傾斜したり振動したりすることがなく、Ｙ方向ステージ３を円滑に移動させることができる。
【００４２】
また、制御部２０は、Ｙ方向ステージ３をＸ方向に移動させる場合には、Ｙ方向についてのＹ方向ステージ３の重心位置Ｇｓからリニアモータ５ａ，５ｂの推力の作用点までの距離に応じて、一対のリニアモータ５ａ，５ｂからＹ方向ステージ３に供給する推力Ｆａ，Ｆｂの間に差異を与え、推力Ｆａ，ＦｂによるＹ方向ステージ３の重心周りのモーメントＭａ，Ｍｂが互いに打ち消し合う大きさになるようにしてＹ方向ステージ３をＸ方向に移動させる。これにより、Ｙ方向ステージ３に供給される推力Ｆａ，Ｆｂによって、Ｙ方向ステージ３の重心周りに生じるモーメントＭａ，Ｍｂの大きさが互いに同一になる。したがって、モーメントＭａ，Ｍｂは互いに打ち消し合い、推力Ｆａ，ＦｂがＹ方向ステージ３の回転力として作用することがなく、Ｙ方向ステージ３はヨーイング方向に偏向することがない。
【００４３】
さらに、制御部２０は、Ｙ方向ステージ３が移動している間において、慣性体９ａ，９ｂをＹ方向ステージ３の移動方向と反対方向に、かつ、固定子５１ａ，５１ｂを介して除振台１に作用する反力に応じた推力ｆａ，ｆｂで移動させる。即ち、図５に示すように、Ｙ方向ステージ３の両端にはＹ方向ステージ３の重心位置Ｇｓに応じた推力Ｆａ，Ｆｂが供給され、除振台１には固定子５１ａ，５１ｂを介して推力Ｆａ，Ｆｂに応じた反力Ｒａ，Ｒｂが作用するが、この反力Ｒａ，Ｒｂに応じた推力ｆａ，ｆｂで慣性体９ａ，９ｂを移動させることにより、慣性体９ａ，９ｂの移動による反力ｒａ，ｒｂが除振台１に作用して反力Ｒａ，Ｒｂを打ち消す。これにより、Ｙ方向ステージ３の移動時にリニアモータ５ａ，５ｂの固定子５１ａ，５１ｂを介して伝達される反力によってベース１に生じる回転モーメントを打ち消す力が慣性体９ａ，９ｂからベース１に作用する。これによって、Ｙ方向ステージ３が移動した際に、ベース１がＹ方向ステージ３の移動平面に平行な平面内においてヨーイングを生じることがない。
【００４４】
なお、ウエハステージ４が移動範囲内の中央に位置していること、即ち、Ｙ方向ステージ３の重心がＹ方向の中央に位置していることを条件にＹ方向ステージ３を移動させ、リニアモータ５ａ，５ｂに供給すべき推力Ｆａ，Ｆｂを常に互いに同一の値となるとともに、慣性体９ａ，９ｂに供給すべき推力ｆａ，ｆｂを常に互いに同一の値となるようにして、制御を簡略化してもよい。
【００４５】
また、ウエハステージ４がＹ方向に移動する際に、Ｙ方向ステージ３を構成するリニアモータ７ａ，７ｂの固定子７１ａ，７１ｂ及びリニアモータ５ａ，５ｂの固定子５１ａ，５１ｂを介してベース１に反力が伝達される。この反力によってベース１の重心周りに生じるモーメントを打ち消すように、慣性体９ｃ，９ｄをＹ方向に移動させる。
【００４６】
さらに、慣性体９ａ〜９ｄを移動することによってベース１に対して同一平面内における重心周りのモーメントを作用させるようにしているため、３個以下の慣性体の移動に置き換えることもでき、ベース１には少なくとも１個の慣性体を設けておけばよいことになる。
【００４７】
また、図６に示すように、慣性体９ａ〜９ｄの移動機構をリニアモータ６１等によって構成し、慣性体９ａ〜９ｄがベース１に直接接触しないようにすることにより、慣性体９ａ〜９ｄの移動によってベース１の重心位置が変位することがなく、ベース１のヨーイングを規制するための制御が容易になる。
【００４８】
【発明の効果】
この発明は、以下の効果を奏することができる。
【００４９】
(1) ステージの重心位置に応じた推力をステージの両端に供給するとともに、ステージの移動時にベースに伝達される反力に相反する力をベースに作用させることにより、ステージの両端のそれぞれにステージの重心位置までの距離に反比例した推力を供給することができ、ステージの移動時にヨーイング方向の力がステージに作用することをなくしてステージを安定した状態で移動させることができる。また、ステージの移動によってベースにヨーイング方向に伝達される反力を打ち消すことができ、ベースがヨーイングを生じることをなくし、ベース上においてステージを安定して移動させることができる。
【００５０】
(2) ステージの両端のそれぞれにステージの重心位置までの距離に反比例した推力を供給することにより、ステージの移動時に、ステージがヨーイングすることをなくしてステージを安定した状態で移動させることができる。
【００５１】
(3) 慣性体を、ステージの移動時にベースに作用する反力に応じて、ステージが移動する平面に平行な平面内に移動させることにより、ステージの移動による反力に相反する力を慣性体からベースに作用させることができ、ベースがヨーイング方向に回転することをなくし、ベース上においてステージを安定した状態で移動させることができる。
【００５２】
(4) ステージが移動する平面に平行な平面内においてステージの移動時の反力に相反する力をベースに作用させることによってはベースの重心位置が移動することがないようにし、反力に相反する力を作用させてベースのヨーイングを制御する際に反力に相反する力を作用させることによるベースの重心位置の移動を考慮する必要をなくし、ベースのヨーイングの制御を容易に行うことができる。
【００５３】
(5) ステージの移動によってベースに作用する重心周りのモーメントを、慣性体の移動によって打ち消すことにより、ステージの移動時にベースの重心周りのモーメントが釣り合い、ベースの重心周りのモーメントによってベースがヨーイング方向の回転を生じることをなくし、ベース上においてステージを安定して移動させることができる。
【００５４】
(6) ベースを支持する４個の支持体のそれぞれの支持力を、各支持体からベースの重心位置までの距離に基づいて決定又は配分することにより、ステージの移動時におけるベースの重心位置に応じて、ステージが移動する平面に直交する平面内においてステージの移動によって生じるベースの重心周りのモーメントを支持体の支持力により打ち消し、ベースがピッチング方向に回転することを確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係るステージ装置の構成を示す外観図である。
【図２】上記ステージ装置の構成を示す側面図である。
【図３】上記ステージ装置の制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】上記ステージ装置の制御部における処理手順の一部を示すフローチャートである。
【図５】上記ステージ装置におけるステージの移動時の各部分の位置を示す平面図である。
【図６】この発明の別の実施形態に係るステージ装置の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１−除振台（ベース）
２−Ｘ方向ステージ
３−Ｙ方向ステージ
４−ウエハステージ
５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂ−リニアモータ
５１ａ，５１ｂ，７１ａ，７１ｂ−固定子
５２ａ，５２ｂ，７２ａ，７２ｂ−可動子
６ａ，６ｂ−ガイド部材
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ−慣性体
１０−ステージ装置
２０−制御部
２１−制御回路
２２−変位検出センサ
４１〜４４−支持体
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体素子等の製造時のリソグラフィ工程に使用される露光装置、ワークに対する機械加工に使用される工作機械、及び、測定対象物の形状を測定する測定器等の精密機器に用いられ、ワーク等の位置決め対象物を目標位置に移動させるステージ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
位置決め対象物を目標位置に移動させる装置として、例えば、半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気ヘッド等の製造時においてマスクパターンをウエハ等の基板上に転写するリソグラフィ工程に使用される露光装置では、位置決め対象物であるウエハを所定の露光位置に正確に位置させる必要があり、ウエハを搭載したウエハステージ、及び、ウエハステージに対して互いに直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）のそれぞれの推力を供給する移動機構を含むステージ装置を備えている。
【０００３】
このように、位置決め対象物を目標位置に正確に位置させる必要がある精密機器では、移動機構において生じた推力をバックラッシュを生じることなく高精度で位置決め対象物に供給しなければならず、また、位置決め対象物の移動時における振動等の発生を防止する必要もある。
【０００４】
そこで、従来の精密機器のステージ装置を構成する移動機構としては一般に、固定子に対して可動子が非接触状態で直線移動するリニアモータが用いられている。
【０００５】
例えば、特開平１１−２４３１３２号公報に開示された構成では、静圧空気軸受けを介してベースに支持されたステージの両端にリニアモータが発生する推力を作用させてステージを移動させる装置において、ステージに平行に移動する慣性体をベースに設け、ステージの移動時に慣性体を移動させることにより、リニアモータを介してベースに作用する反力を打ち消すような力をベースに作用させ、ステージ及び慣性体を含むベースの重心位置の移動を防止してステージに振動を生じないようにしている。
【０００６】
また、特開平１１−１６８０６４号公報に開示された構成では、ベース上に防振台等を介して定盤を支持し、Ｙガイドバー及びＹガイドバー搬送体を備えたＸステージを定盤上においてＸガイドバーに沿って移動自在に設け、このＸステージをＸ軸リニアモータを介してＸ方向に駆動するとともに、Ｘ軸リニアモータの固定子を定盤上に直動ガイドを介してＸ方向に移動できるように支持し、ベースに固定された制動フレームに取り付けられたＸ制動部材によって、固定子に対してＸステージを駆動する際の反力を打ち消すような制動力を与えるようにしている。
【０００７】
また、第１のＹガイドバー搬送体の底面及び外側面にはそれぞれベアリングを構成する空気噴出部が設けられている。さらに、これらの空気噴出部の近傍には、磁石又は真空ポケット等の予圧機構が組み込まれており、第１のＹガイドバー搬送体は、定盤の表面及びＸガイドバーの側面にそれぞれ一定の間隔を保ちつつ、Ｚ方向及びＹ方向に拘束されてＸ方向に移動できる。同様に、第２のＹガイドバー搬送体の底面にもエアベアリングを構成する空気噴出部及び磁石又は真空ポケット等の予圧機構が組み込まれており、Ｙガイドバー搬送体も定盤の上面に一定の間隔を保ちつつ拘束されてＸ方向に移動できる。
【０００８】
この構成により、可動部の移動時にモーメントや変形力等の発生を防止し、振動を抑制することができるとされている。
【０００９】
さらに、特開平８−６３２３１号公報に開示された構成では、整流リニアモータを用いた可動ステージ装置であって、リニアモータは、ガイドレスステージを１方の直線運動方向に移動させ、ある平面において微動のヨー回転を行わせるようにし、単一のボイスコイルモータを保持するキャリア／従動子を、直線運動方向に動くステージを概ね追従するように制御するとともに、ボイスコイルモータは、ある平面において電磁力を与えて直線運動方向に直交する方向にステージを微動させて適正なアライメントを得るようにし、さらに、整流リニアモータの一方の要素（コイル又は磁石）を、平面上を自在に動くことのできる駆動フレームの上に設け、駆動フレームを反力によって駆動し、装置の重心位置を維持するようにした構成が開示されている。この構成では、１つのリニアモータを使用する場合には、２つのボイスコイルモータを用いてヨー回転が補正される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のステージ装置では、位置決め対象物を互いに直交する２方向について、位置決め対象物をいずれか一方向に移動させた後に残る他方向に移動させる際に、位置決め対象物が駆動機構の駆動中心（駆動機構を他方向に平行な一対のリニアモータによって構成する場合にはリニアモータ間の中央の位置）に位置していない場合がある。また、位置決め対象物の形状により、移動方向である２方向にのそれぞれに直交する方向における位置決め対象物の重心位置が駆動機構の駆動中心に位置していない場合がある。このような状態で位置決め対象物を移動させると、位置決め対象物がヨーイング方向又はピッチング方向に偏向し、位置決め対象物を目標位置に正確に移動させることができなくなる問題がある。
【００１１】
この発明の目的は、位置決め対象物の移動時に、位置決め対象物やステージの重心位置が変位することに起因するヨーイング方向又はピッチング方向の偏向を防止し、位置決め対象物を目標位置に正確に移動させることができるステージ装置を提供すること、及び、ステージの移動による支持体の振動を抑制し、位置決め対象物を目標位置に正確に移動させることができるステージ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。
【００１３】
(1) ベース上に固定されたガイドを介して直線状に移動するステージであって、前記移動方向に直交する方向に移動するウエハステージを搭載したステージと、
前記移動方向に直交する方向における両端部のそれぞれに、前記ウエハステージの移動に伴うステージの重心位置を算出し、この算出されたステージの重心位置に応じた推力を供給する第１推力発生手段と、
ステージに移動時に第１推力発生手段からベースに伝達される反力に相反する力をベースに作用させる第２推力発生手段と、
を設けたことを特徴とする。
【００１４】
この構成においては、ウエハステージの移動に伴って変位したステージの重心位置に応じた推力がステージの両端に供給されるとともに、ステージの移動時にベースに伝達される反力に相反する力がベースに作用する。したがって、ステージの両端のそれぞれにステージの重心位置までの距離に反比例した推力を供給することにより、ステージの移動時にヨーイング方向の力がステージに作用することがない。また、ステージの移動によってベースにヨーイング方向に伝達される反力が打ち消され、ベースがヨーイングを生じることもない。
【００１５】
(2) 前記第１推力発生手段は、ステージの移動に必要な推力をＦとし、ステージの重心位置から両端部のそれぞれにおける推力の作用点までの距離をＬａ及びＬｂとして、
Ｆａ＝Ｆ×Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ）
Ｆｂ＝Ｆ×Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ）
により、距離Ｌａ側の端部に供給すべき推力Ｆａ及び距離Ｌｂ側の端部に供給すべき推力Ｆｂを決定又は配分することを特徴とする。
【００１６】
この構成においては、ステージの両端のそれぞれにステージの重心位置までの距離に反比例した推力が供給される。したがって、ステージの移動時に、ステージがヨーイングすることがない。
【００１７】
(3) 前記第２推力発生手段は、ベースにおいてステージが移動する平面に平行な平面内を移動自在にされ、ベースから推力の供給を受ける慣性体であることを特徴とする。
【００１８】
この構成においては、慣性体が、ステージの移動時にベースに作用する反力に応じて、ステージが移動する平面に平行な平面内を移動する。したがって、ステージの移動時に慣性体がベースに対して移動してステージの移動による反力に相反する力が慣性体からベースに作用し、ベースがヨーイング方向に回転することがない。
【００１９】
(4) 前記第２推力発生手段は、ステージが移動する平面に平行な平面内をベースに接触することなく移動することを特徴とする。
【００２０】
この構成においては、ステージが移動する平面に平行な平面内においてステージの移動時の反力に相反する力をベースに作用させることによってはベースの重心位置が移動することがなく、反力に相反する力を作用させてベースのヨーイングを制御する際に、反力に相反する力を作用させることによるベースの重心位置の移動を考慮する必要がない。
【００２１】
(5) 前記第２推力発生手段は、ベースの２カ所に配置され、ステージの移動に必要な推力をＦｘ、ステージの重心位置からベースの重心位置までの距離をＬｅ、第２推力発生手段における推力発生位置からベーズの重心位置までの距離をＬｃ，Ｌｄとして、
Ｆｃ＝−Ｆｘ｛（Ｌｄ＋Ｌｅ）／（Ｌｃ＋Ｌｄ）｝
Ｆｄ＝−Ｆｘ｛（Ｌｃ−Ｌｅ）／（Ｌｃ＋Ｌｄ）｝
により決定又は配分された推力Ｆｃ，Ｆｄの供給を受けることを特徴とする。
【００２２】
この構成においては、ステージの移動によってベースに作用する重心周りのモーメントが、慣性体の移動によって打ち消される。したがって、ステージの移動時にベースの重心周りのモーメントが釣り合い、ベースの重心周りのモーメントによってベースがヨーイング方向の回転を生じることがない。
【００２３】
(6) 前記ステージは互いに直交する方向に移動するＸ方向ステージ及びＹ方向ステージからなり、前記第１推力発生手段はＸ方向ステージ及びＹ方向ステージのそれぞれに供給すべき推力を発生する第１Ｘ方向推力発生手段及び第１Ｙ方向推力発生手段からなり、前記第２推力発生手段は第１Ｘ方向推力発生手段及び第１Ｙ方向推力発生手段からベースに伝達される反力に相反する力をベースに作用させる第２Ｘ方向推力発生手段及び第２Ｙ方向推力発生手段からなり、Ｘ方向ステージ及びＹ方向ステージが移動する平面に平行な平面内の４箇所でベースを支持する第１〜４の支持体を設け、
Ｘ方向ステージ及びＹ方向ステージを含むベースの重量をＷ、ベースの重心位置からＸ方向ステージの移動方向の２カ所における支持体の配置位置までの距離をＬα，Ｌβ、ベースの重心位置からＹ方向ステージの移動方向の２カ所における支持体の配置位置までの距離をＬγ，Ｌδとして、
Ｆα＝｛Ｌβ／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌδ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ
Ｆβ＝｛Ｌα／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌδ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ
Ｆγ＝｛Ｌα／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌγ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ
Ｆδ＝｛Ｌβ／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌγ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ
により、第１〜４の支持体の支持力Ｆα，Ｆβ，Ｆγ，Ｆδを決定又は配分することを特徴とする。
【００２４】
この構成においては、ベースを支持する４個の支持体のそれぞれの支持力が、各支持体からベースの重心位置までの距離に基づいて決定又は配分される。したがって、ステージの移動時におけるベースの重心位置に応じて、ステージが移動する平面に直交する平面内においてステージの移動によって生じるベースの重心周りのモーメントが支持体の支持力により打ち消され、ベースがピッチング方向に回転することがない。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の実施形態に係るステージ装置の構成を示す外観図である。ステージ装置１０は、半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気ヘッド等の製造時においてマスクパターンをウエハ等の基板上に転写するリソグラフィ工程に使用される露光装置に適用され、ウエハを互いに直交するＸ方向及びＹ方向において所定範囲内の任意の目標位置に移動させる。このステージ装置１０は、除振台（この発明のベースに相当する。）１の上面に構成されるＸ方向ステージ２、Ｘ方向ステージ２上をＸ方向に移動自在にされたＹ方向ステージ３、及び、Ｙ方向ステージ３上をＸ方向に直交するＹ方向に移動自在にされたウエハステージ４によって構成されている。
【００２６】
除振台１は、図示しない固定部上に設置され、外部の振動をＸ方向ステージ２に伝達しないための除振構造を備えている。除振台１には、４側面のそれぞれから突出したガイド８ａ〜８ｄに外嵌する慣性体９ａ〜９ｄが備えられている。慣性体９ａ，９ｂは、除振台１内に備えられている駆動機構により、ガイド８ａ，８ｂに沿ってＹ方向ステージ３の移動方向と平行なＸ方向に移動する。慣性体９ｃ，９ｄは、除振台１内に備えられている駆動機構により、ガイド８ｃ，８ｄに沿ってウエハステージ４の移動方向と平行なＹ方向に移動する。
【００２７】
Ｘ方向ステージ２は、Ｘ方向に平行な一対のリニアモータ５ａ，５ｂによって構成されている。より詳細には、Ｘ方向ステージ２は、ガイド部材６ａ，６ｂを介して除振台１の上面にＸ方向に移動自在にして取り付けられたリニアモータ５ａ，５ｂの固定子５１ａ，５１ｂによって構成されている。
【００２８】
Ｙ方向ステージ３は、Ｘ方向に直交するＹ方向に平行な一対のリニアモータ７ａ，７ｂを備えている。より詳細には、Ｙ方向ステージ３は、一対のリニアモータ７ａ，７ｂの固定子７１ａ，７１ｂ、及び、一対のリニアモータ５ａ，５ｂの可動子５２ａ，５２ｂによって構成されている。即ち、Ｙ方向ステージ３は、所定の間隔を設けて互いに平行に配置された一対のリニアモータ７ａ，７ｂの固定子７１ａ，７１ｂのＹ方向の両端に、一対のリニアモータ５ａ，５ｂの可動子５２ａ，５２ｂを固定したものである。ウエハステージ４は、Ｘ方向の両端に一対のリニアモータ７ａ，７ｂの可動子７２ａ，７２ｂを固定し、上面にウエハが搭載される。
【００２９】
この構成により、Ｙ方向ステージ３は、一対のリニアモータ５ａ，５ｂから供給される推力によってＸ方向ステージ２上をＸ方向に移動する。また、ウエハステージ４は、一対のリニアモータ７ａ，７ｂから供給される推力によってＹ方向ステージ３上をＹ方向に移動する。Ｙ方向ステージ３におけるウエハステージ４のＹ方向の位置が変化すると、Ｙ方向ステージ３におけるＹ方向の重量配分が変化し、Ｙ方向ステージ３の重心位置がＹ方向に変位する。
【００３０】
なお、上記のように構成したステージ装置１０において、本来はウエハステージ４上に搭載されるウエハが位置決め対象物であるが、ウエハはウエハステージ４上の位置を固定して載置されるため、Ｘ−Ｙ平面におけるウエハの位置はウエハステージ４とともに変位する。したがって、ウエハステージ４がこの発明の位置決め対象物に相当し、Ｙ方向ステージ３が同じくステージに相当する。
【００３１】
図２は、上記ステージ装置の構造を示すＸ方向から見た側面図である。図２に示すように、ステージ装置１０では、Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向において、Ｙ方向ステージ３の重心位置とウエハステージ４の重心位置とは、同一位置にある。また、Ｚ方向において、リニアモータ５ａ，５ｂにおける固定子５１ａ，５１ｂの中心位置と可動子５２ａ，５２ｂの中心位置とは一致しており、リニアモータ７ａ，７ｂにおける固定子７１ａ，７１ｂの中心位置と可動子７２ａ，７２ｂの中心位置とは一致している。この構成において、リニアモータ５ａ，５ｂにおける固定子５１ａ，５１ｂと可動子５２ａ，５２ｂとの対向位置がＹ方向ステージ３の推力の作用点であり、リニアモータ７ａ，７ｂにおける固定子７１ａ，７１ｂと可動子７２ａ，７２ｂとの対向位置がウエハステージ４の移動力の作用点である。
【００３２】
したがって、Ｚ方向において、Ｙ方向ステージ３におけるリニアモータ５ａ，５ｂからの推力の作用点、及び、ウエハステージ４におけるリニアモータ７ａ，７ｂからの推力の作用点は、同一位置にある。このように構成されていることから、Ｙ方向ステージ３がＸ方向ステージ２上をＸ方向に移動する際、及び、ウエハステージ４がＹ方向ステージ３上をＹ方向に移動する際に、Ｙ方向ステージ３及びウエハステージ４にピッチング方向のモーメントが作用することがない。
【００３３】
また、除振台１は、支持体４１〜４４を介して固定部４５上に設置されている。支持体４１〜４４は、Ｙ方向ステージ３及びウエハステージ４が移動する平面に平行な平面内の４箇所において除振台１の底面の４隅に配置されており、外部の振動を緩衝して振動が除振台１に直接作用することがないようにしている。各支持体４１〜４４は、一例として空気バネによって構成されており、調圧機構によって個別に支持力を増減できるようにされている。
【００３４】
図３は、上記ステージ装置の制御部の構成を示すブロック図である。上記ステージ装置１０の制御部２０は、マイクロコンピュータによって構成された制御回路２１に、変位検出センサ２２、リニアモータ駆動回路２３〜２６、慣性体駆動回路２７〜３０及び圧力調整回路３１〜３４を接続して構成されている。変位検出センサ２２は、レーザ干渉計等によって構成されており、Ｙ方向ステージ３におけるウエハステージ４のＹ方向の位置、及び、移動速度を検出する。リニアモータ駆動回路２３〜２６のそれぞれには、リニアモータ５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂのそれぞれが接続されている。慣性体駆動回路２７〜３０のそれぞれには、慣性体９ａ〜９ｄのそれぞれを駆動する駆動機構が接続されている。圧力調整回路３１〜３４のそれぞれには、支持体４１〜4 ４のそれぞれの支持力を調整する調圧機構が接続されている。また、制御回路２１には、図外の入力回路を介して目標位置データが入力される。この目標位置データは、ステージ装置１０のＸ−Ｙ平面においてウエハステージ４に載置されたウエハを位置させるべき場所を特定するデータである。
【００３５】
制御回路２１は、変位検出センサ２２の検出データに基づいてリニアモータ駆動回路２３〜２６に駆動データを出力することにより、リニアモータ５ａ，５ｂの可動子５２ａ，５２ｂを備えたＹ方向ステージ３、及び、リニアモータ７ａ，７ｂの可動子７２ａ，７２ｂを備えたウエハステージ４の移動動作をフィードバック制御し、ウエハステージ４に載置されたウエハを目標位置に位置させる。リニアモータ駆動回路２３〜２６は、制御回路２１から出力された駆動データに応じた電流をリニアモータ５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂの固定子５１ａ，５１ｂ，７１ａ，７１ｂに供給する。また、制御回路２１は、リニアモータ駆動回路２３〜２６に対する駆動データに応じた駆動データを慣性体駆動回路２７〜３０に出力することにより、駆動機構を介して慣性体９ａ〜９ｄに所定の推力を供給する。さらに、制御回路２１は、除振台１の重心位置に応じた調整データを圧力調整回路３１〜３４に出力することにより、調圧機構を介して支持体４１〜４４の支持力を調整する。
【００３６】
なお、変位検出センサ２２は、少なくともウエハステージ４の位置を検出することができるセンサであればよい。
【００３７】
図４は、上記ステージ装置の制御部における処理手順の一部を示すフローチャートである。また、図５は同ステージ装置のステージ移動時における各部の位置を示す平面図である。ステージ装置１０の制御部２０を構成する制御回路２１は、目標位置データが入力されると（１０１）、ステージ装置１０のＸ−Ｙ平面におけるウエハの現在位置と目標位置との差を算出し（１０２）、この差に基づいてリニアモータ駆動回路２３〜２６を介してリニアモータ５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂを駆動する。この時、制御回路２１は、Ｙ方向についてのウエハステージ４の現在位置に基づいてＹ方向ステージ３の重心位置Ｇｓを算出し（１０３）、得られた重心位置からリニアモータ５ａ，５ｂまでの距離Ｌａ，Ｌｂを求め、この距離Ｌａ，Ｌｂを用いて、重心周りのモーメントを作用させることなくＹ方向ステージ３を移動させるためのリニアモータ５ａ，５ｂのそれぞれに発生させるべき推力Ｆａ，Ｆｂを、
Ｆａ＝Ｆ×Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ） ・・・式１
Ｆｂ＝Ｆ×Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ） ・・・式２
によって求める（１０４）。
【００３８】
これとともに、制御回路２１は、Ｙ方向ステージ３及びウエハステージ４の位置に基づいてＹ方向ステージ３及びウエハステージ４を含む除振台１の重心位置Ｇｂを求めた後（１０５）、リニアモータ５ａ，５ｂが発生すべき推力Ｆａ，Ｆｂに基づいて、慣性体９ａ，９ｂに供給すべき推力ｆａ，ｆｂを、Ｙ方向ステージ３の重心位置Ｇｓから除振台１の重心位置Ｇｂまでの距離をＬｅ、慣性体９ａ，９ｂに対する推力発生位置から除振台１の重心位置Ｇｂまでの距離をＬｃ，Ｌｄとして、
ｆａ＝−（Ｆａ＋Ｆｂ）｛（Ｌｄ＋Ｌｅ）／（Ｌｃ＋Ｌｄ）｝・・・式３
ｆｂ＝−（Ｆａ＋Ｆｂ）｛（Ｌｃ−Ｌｅ）／（Ｌｃ＋Ｌｄ）｝・・・式４
により求める（１０６）。
【００３９】
さらに、制御回路２１は、除振台１の重心位置Ｇｂから各支持体４１〜４４までの距離Ｌα，Ｌβ，Ｌγ，Ｌδを求め（１０７）、距離Ｌα，Ｌβ，Ｌγ，Ｌδ、並びに、Ｙ方向ステージ３及びウエハステージ４を含む除振台１の重量Ｗに基づいて、支持体４１〜４４の支持力Ｆα，Ｆβ，Ｆγ，Ｆδを、
Ｆα＝｛Ｌβ／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌδ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ・・・式５
Ｆβ＝｛Ｌα／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌδ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ・・・式６
Ｆγ＝｛Ｌα／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌγ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ・・・式７
Ｆδ＝｛Ｌβ／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌγ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ・・・式８
によって算出する（１０８）。
【００４０】
制御回路２１は、上記式５〜８によって求めた支持力Ｆα，Ｆβ，Ｆγ，Ｆδを実現するように調圧機構を動作させた後（１０９）、上記式１及び２によって求めた推力Ｆａ，Ｆｂを実現する電流をリニアモータ５ａ，５ｂに供給し、Ｘ方向についてウエハステージ４が目標位置に達するまでＹ方向ステージ３を移動させる（１１０，１１１）。これとともに、Ｙ方向ステージ４が移動している間において、制御回路２１は、上記式３及び４によって求めた推力ｆａ及びｆｂを実現する電力を駆動機構に供給し、慣性体９ａ，９ｂを移動させる（１１２）。
【００４１】
上記の処理により、ステージ装置１０の制御部２０は、Ｙ方向ステージ３及びウエハステージ４を含む除振台１の重心位置Ｇｂに応じて支持体４１〜４４のそれぞれの支持力を調整した後に、Ｙ方向ステージ３をＸ方向に移動させる。このため、除振台１が安定した状態でＹ方向ステージ３を移動させることができ、Ｙ方向ステージ３の移動によって除振台１が傾斜したり振動したりすることがなく、Ｙ方向ステージ３を円滑に移動させることができる。
【００４２】
また、制御部２０は、Ｙ方向ステージ３をＸ方向に移動させる場合には、Ｙ方向についてのＹ方向ステージ３の重心位置Ｇｓからリニアモータ５ａ，５ｂの推力の作用点までの距離に応じて、一対のリニアモータ５ａ，５ｂからＹ方向ステージ３に供給する推力Ｆａ，Ｆｂの間に差異を与え、推力Ｆａ，ＦｂによるＹ方向ステージ３の重心周りのモーメントＭａ，Ｍｂが互いに打ち消し合う大きさになるようにしてＹ方向ステージ３をＸ方向に移動させる。これにより、Ｙ方向ステージ３に供給される推力Ｆａ，Ｆｂによって、Ｙ方向ステージ３の重心周りに生じるモーメントＭａ，Ｍｂの大きさが互いに同一になる。したがって、モーメントＭａ，Ｍｂは互いに打ち消し合い、推力Ｆａ，ＦｂがＹ方向ステージ３の回転力として作用することがなく、Ｙ方向ステージ３はヨーイング方向に偏向することがない。
【００４３】
さらに、制御部２０は、Ｙ方向ステージ３が移動している間において、慣性体９ａ，９ｂをＹ方向ステージ３の移動方向と反対方向に、かつ、固定子５１ａ，５１ｂを介して除振台１に作用する反力に応じた推力ｆａ，ｆｂで移動させる。即ち、図５に示すように、Ｙ方向ステージ３の両端にはＹ方向ステージ３の重心位置Ｇｓに応じた推力Ｆａ，Ｆｂが供給され、除振台１には固定子５１ａ，５１ｂを介して推力Ｆａ，Ｆｂに応じた反力Ｒａ，Ｒｂが作用するが、この反力Ｒａ，Ｒｂに応じた推力ｆａ，ｆｂで慣性体９ａ，９ｂを移動させることにより、慣性体９ａ，９ｂの移動による反力ｒａ，ｒｂが除振台１に作用して反力Ｒａ，Ｒｂを打ち消す。これにより、Ｙ方向ステージ３の移動時にリニアモータ５ａ，５ｂの固定子５１ａ，５１ｂを介して伝達される反力によってベース１に生じる回転モーメントを打ち消す力が慣性体９ａ，９ｂからベース１に作用する。これによって、Ｙ方向ステージ３が移動した際に、ベース１がＹ方向ステージ３の移動平面に平行な平面内においてヨーイングを生じることがない。
【００４４】
なお、ウエハステージ４が移動範囲内の中央に位置していること、即ち、Ｙ方向ステージ３の重心がＹ方向の中央に位置していることを条件にＹ方向ステージ３を移動させ、リニアモータ５ａ，５ｂに供給すべき推力Ｆａ，Ｆｂを常に互いに同一の値となるとともに、慣性体９ａ，９ｂに供給すべき推力ｆａ，ｆｂを常に互いに同一の値となるようにして、制御を簡略化してもよい。
【００４５】
また、ウエハステージ４がＹ方向に移動する際に、Ｙ方向ステージ３を構成するリニアモータ７ａ，７ｂの固定子７１ａ，７１ｂ及びリニアモータ５ａ，５ｂの固定子５１ａ，５１ｂを介してベース１に反力が伝達される。この反力によってベース１の重心周りに生じるモーメントを打ち消すように、慣性体９ｃ，９ｄをＹ方向に移動させる。
【００４６】
さらに、慣性体９ａ〜９ｄを移動することによってベース１に対して同一平面内における重心周りのモーメントを作用させるようにしているため、３個以下の慣性体の移動に置き換えることもでき、ベース１には少なくとも１個の慣性体を設けておけばよいことになる。
【００４７】
また、図６に示すように、慣性体９ａ〜９ｄの移動機構をリニアモータ６１等によって構成し、慣性体９ａ〜９ｄがベース１に直接接触しないようにすることにより、慣性体９ａ〜９ｄの移動によってベース１の重心位置が変位することがなく、ベース１のヨーイングを規制するための制御が容易になる。
【００４８】
【発明の効果】
この発明は、以下の効果を奏することができる。
【００４９】
(1) ステージの重心位置に応じた推力をステージの両端に供給するとともに、ステージの移動時にベースに伝達される反力に相反する力をベースに作用させることにより、ステージの両端のそれぞれにステージの重心位置までの距離に反比例した推力を供給することができ、ステージの移動時にヨーイング方向の力がステージに作用することをなくしてステージを安定した状態で移動させることができる。また、ステージの移動によってベースにヨーイング方向に伝達される反力を打ち消すことができ、ベースがヨーイングを生じることをなくし、ベース上においてステージを安定して移動させることができる。
【００５０】
(2) ステージの両端のそれぞれにステージの重心位置までの距離に反比例した推力を供給することにより、ステージの移動時に、ステージがヨーイングすることをなくしてステージを安定した状態で移動させることができる。
【００５１】
(3) 慣性体を、ステージの移動時にベースに作用する反力に応じて、ステージが移動する平面に平行な平面内に移動させることにより、ステージの移動による反力に相反する力を慣性体からベースに作用させることができ、ベースがヨーイング方向に回転することをなくし、ベース上においてステージを安定した状態で移動させることができる。
【００５２】
(4) ステージが移動する平面に平行な平面内においてステージの移動時の反力に相反する力をベースに作用させることによってはベースの重心位置が移動することがないようにし、反力に相反する力を作用させてベースのヨーイングを制御する際に反力に相反する力を作用させることによるベースの重心位置の移動を考慮する必要をなくし、ベースのヨーイングの制御を容易に行うことができる。
【００５３】
(5) ステージの移動によってベースに作用する重心周りのモーメントを、慣性体の移動によって打ち消すことにより、ステージの移動時にベースの重心周りのモーメントが釣り合い、ベースの重心周りのモーメントによってベースがヨーイング方向の回転を生じることをなくし、ベース上においてステージを安定して移動させることができる。
【００５４】
(6) ベースを支持する４個の支持体のそれぞれの支持力を、各支持体からベースの重心位置までの距離に基づいて決定又は配分することにより、ステージの移動時におけるベースの重心位置に応じて、ステージが移動する平面に直交する平面内においてステージの移動によって生じるベースの重心周りのモーメントを支持体の支持力により打ち消し、ベースがピッチング方向に回転することを確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係るステージ装置の構成を示す外観図である。
【図２】上記ステージ装置の構成を示す側面図である。
【図３】上記ステージ装置の制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】上記ステージ装置の制御部における処理手順の一部を示すフローチャートである。
【図５】上記ステージ装置におけるステージの移動時の各部分の位置を示す平面図である。
【図６】この発明の別の実施形態に係るステージ装置の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１−除振台（ベース）
２−Ｘ方向ステージ
３−Ｙ方向ステージ
４−ウエハステージ
５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂ−リニアモータ
５１ａ，５１ｂ，７１ａ，７１ｂ−固定子
５２ａ，５２ｂ，７２ａ，７２ｂ−可動子
６ａ，６ｂ−ガイド部材
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ−慣性体
１０−ステージ装置
２０−制御部
２１−制御回路
２２−変位検出センサ
４１〜４４−支持体
Claims (6)
- ベース上に固定されたガイドを介して直線状に移動するステージであって、前記移動方向に直交する方向に移動するウエハステージを搭載したステージと、
ステージの前記移動方向に直交する方向における両端部のそれぞれに、前記ウエハステージの移動に伴うステージの重心位置を算出し、この算出されたステージの重心位置に応じた推力を供給する第１推力発生手段と、
ステージの移動時に第１推力発生手段からベースに伝達される反力に相反する力をベースに作用させる第２推力発生手段と、
を設けたことを特徴とするステージ装置。 - 前記第１推力発生手段は、ステージの移動に必要な推力をＦとし、ステージの重心位置から両端部のそれぞれにおける推力の作用点までの距離をＬａ及びＬｂとして、
Ｆａ＝Ｆ×Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ）
Ｆｂ＝Ｆ×Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ）
により、距離Ｌａ側の端部に供給すべき推力Ｆａ及び距離Ｌｂ側の端部に供給すべき推力Ｆｂを決定又は配分す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２推力発生手段は、ベースにおいてステージが移動する平面に平行な平面内を移動自在にされ、ベースから推力の供給を受ける慣性体であることを特徴とする請求項１又は２に記載のステージ装置。
- 前記第２推力発生手段は、ステージが移動する平面に平行な平面内をベースに接触することなく移動することを特徴とする請求項１又は２に記載のステージ装置。
- 前記第２推力発生手段は、ベースの２カ所に配置され、ステージの移動に必要な推力をＦｘ、ステージの重心位置からベースの重心位置までの距離をＬｅ、第２推力発生手段における推力発生位置からベースの重心位置までの距離をＬｃ，Ｌｄとして、
Ｆｃ＝−Ｆｘ｛（Ｌｄ＋Ｌｅ）／（Ｌｃ＋Ｌｄ）｝
Ｆｄ＝−Ｆｘ｛（Ｌｃ−Ｌｅ）／（Ｌｃ＋Ｌｄ）｝
により決定又は配分された推力Ｆｃ，Ｆｄの供給を受けることを特徴とする請求項３又は４に記載のステージ装置。 - 前記ステージは互いに直交する方向に移動するＸ方向ステージ及びＹ方向ステージからなり、前記第１推力発生手段はＸ方向ステージ及びＹ方向ステージのそれぞれに供給すべき推力を発生する第１Ｘ方向推力発生手段及び第１Ｙ方向推力発生手段からなり、前記第２推力発生手段は第１Ｘ方向推力発生手段及び第１Ｙ方向推力発生手段からベースに伝達される反力に相反する力をベースに作用させる第２Ｘ方向推力発生手段及び第２Ｙ方向推力発生手段からなり、Ｘ方向ステージ及びＹ方向ステージが移動する平面に平行な平面内の４箇所でベースを支持する第１〜４の支持体を設け、
Ｘ方向ステージ及びＹ方向ステージを含むベースの重量をＷ、ベースの重心位置からＸ方向ステージの移動方向の２カ所における支持体の配置位置までの距離をＬα，Ｌβ、ベースの重心位置からＹ方向ステージの移動方向の２カ所における支持体の配置位置までの距離をＬγ，Ｌδとして、
Ｆα＝｛Ｌβ／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌδ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ
Ｆβ＝｛Ｌα／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌδ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ
Ｆγ＝｛Ｌα／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌγ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ
Ｆα＝｛Ｌβ／（Ｌα＋Ｌβ）｝｛Ｌγ／（Ｌγ＋Ｌδ）｝Ｗ
により、第１〜４の支持体の支持力Ｆα，Ｆβ，Ｆγ，Ｆδを決定又は配分することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のステージ装置。
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