JP4296774B2

JP4296774B2 - ステージ装置及び露光装置

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Publication number: JP4296774B2
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Inventors: 慶一田中
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Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2009-07-15
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターン原版（マスク、レチクル）や感応基板（ウエハ）等を移動・位置決めするためのステージ装置、及び、そのようなステージ装置を備える露光装置に関する。特には、ステージ部の移動に伴う振動を遮断できる、あるいは、真空領域内で高精度な位置決めを行うことができる等の利点を有するステージ装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
露光装置に用いられるステージ装置として、例えば以下に述べる特許文献１（特開平９−２７５０６９号公報）や特許文献２（特開２００２−１８４６６２号公報）に開示されたものが知られている。
特許文献１のステージ装置は、ステージ（Ｚレベリング・ステージ）上に複数の板バネを介してテーブル（ウエハテーブル）が載置された構成を有する。テーブルは、ステージに対して、Ｚ軸方向、Ｘ軸を中心とした回転方向（θｘ方向）、Ｙ軸を中心とした回転方向（θｙ方向）の３方向に移動可能である。ステージの内部の３箇所には、ＶＣＭ（ボイスコイルモーター）が配置されている。そして、これら３個のＶＣＭをそれぞれ駆動することで、テーブルをＺ方向、θｘ方向、θｙ方向に位置合わせすることができる。
【０００３】
テーブルは、板バネによりほぼ一定の力（自重）でステージ上に支えられているので、テーブルの位置合わせの際には、ＶＣＭの過大な駆動力を必要としない。そのため、ＶＣＭの余分な発熱を抑制できる。さらに、テーブルは板バネを介してステージ上に非接触で支持されているため、テーブル・ステージ両者間の摩擦によるヒステリシスや不感帯が存在しない。したがって、テーブルの高精度な位置決めが実現できる。
【０００４】
ところで、電子線露光装置（ＥＢ露光装置）では、前述のＶＣＭ等から発生する外乱磁場の影響により、パターンの転写に用いられる電子ビームの軌道に予期せぬ偏向が生じる。そこで、ＥＢ露光装置のステージ駆動系においては、外乱磁場が電子ビームの軌道に悪影響を与えないように、磁気シールドを強化した電磁アクチュエータや、非電磁アクチュエータを採用している。
【０００５】
非電磁アクチュエータとしてピエゾ素子を用いるステージ装置が、特許文献２に開示されている。
特許文献２のステージ装置は、６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ方向）で駆動できる。このステージ装置のステージ部は、下側から順に、下ステージ、四角枠、上ステージ、三角テーブルを備えている。下ステージは、リニアモータにより、ＸＹ平面のＹ軸方向に駆動される。四角枠は、１つのピエゾアクチュエータにより、θｚ方向に回動可能である。上ステージは、リニアモータにより、ＸＹ平面のＸ軸方向に駆動される。三角テーブルは、３つのピエゾアクチュエータにより、θｘ、θｙ、Ｚの３方向に回動可能である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２７５０６９号公報（第２図、第３図）
【特許文献２】
特開２００２−１８４６６２号公報（第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、パターンサイズのさらなる微細化に対応するため、紫外線よりも波長の短い軟Ｘ線領域の極端紫外光（Extreme Ultra Violet 光：ＥＵＶ光）や上述の電子線を用いた縮小投影露光が開発されている。このＥＵＶ光や電子線は、大気中での透過率が低いため、光源部及びその後の光路は真空チャンバー等により覆われて、内部は減圧される。そこで、真空チャンバー等の真空領域内で高精度な位置決めを行うことのできるステージ装置が求められている。さらに、ステージ装置は、低重心でステージ部の移動に伴う振動を遮断できる特性を有するものが好ましい。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、低重心でステージ部の移動に伴う振動を遮断できる、あるいは、真空領域内で高精度な位置決めを行うことができる等の利点を有するステージ装置を提供することを目的とする。また、そのようなステージ装置を備える露光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため、本発明の第１のステージ装置は、ある平面上で粗動ステージを移動・位置決めする粗動ステージ機構と、前記粗動ステージ上で微動テーブルを移動・位置決めする微動テーブル機構と、前記微動テーブルを搭載し前記平面上を前記平面と非接触で移動するテーブルベースと、を備えるステージ装置であって、前記粗動ステージは前記微動テーブルと前記テーブルベースに上下から挟まれる配置となっており、前記粗動ステージに対して前記微動テーブルと前記テーブルベースが非接触で係合していることを特徴とする。
【００１０】
このステージ装置は、粗動ステージに対して微動テーブルが非接触で係合しているので、粗動ステージから微動ステージへの振動を絶縁することができる。
【００１１】
本発明のステージ装置においては、前記粗動ステージに対して前記微動テーブル機構を前記平面に沿う方向に微小動作可能とする電磁サポートアクチュエータを具備することができる。
この場合、電磁的サポートアクチュエータにより、粗動ステージに対して微動テーブル機構をＸ、Ｙ、θｚの３方向に微小駆動することができる。
【００１２】
本発明のステージ装置においては、前記微動テーブル機構を搭載するテーブルベースと、該テーブルベースを非接触に支持・案内する、前記平面に沿って広がる定盤と、を具備することができる。
この場合、定盤上にテーブルベース（微動テーブル機構搭載）を非接触で高剛性支持することができるので、微動テーブル機構のＺ方向の振動を低減できる。
【００１３】
本発明のステージ装置においては、前記テーブルベース上に非接触で前記粗動ステージが配置さているとともに、該粗動ステージ上に非接触で前記微動テーブルが配置されており、前記テーブルベースは、基本的には、前記粗動ステージに引き連れられて前記定盤上を移動し、前記テーブルベースと前記粗動ステージの間に、両者を微小動作可能に連結する電磁サポートアクチュエータが配置されていることができる。
この場合、微動テーブルとテーブルベースの間に粗動ステージが配置されることで、微動テーブル機構の低重心化が実現される。
【００１４】
本発明のステージ装置においては、前記テーブルベース上の３点以上の位置に、前記微動テーブルのＺ駆動アクチュエータが分散配置されていることができる。
この場合、Ｚ駆動アクチュエータにより、粗動ステージに対して微動テーブル機構をＺ、θｘ、θｙの３方向に微小駆動することができる。
【００１５】
本発明のステージ装置においては、前記Ｚ駆動アクチュエータが、伸縮式であって、屈曲変形可能なヒンジ部を有しており、前記テーブルベースに、前記Ｚ駆動アクチュエータをテコ作用で動かすテコ機構が設けられているものとすることができる。
この場合、Ｚ駆動アクチュエータにテコ機構から力が加わると、Ｚ駆動アクチュエータのヒンジ部が屈曲変形する。そして、これらテコ機構及びＺ駆動アクチュエータの伸縮・ヒンジ部変形の力ベクトル変換により、微動テーブルをＺ、θｘ、θｙの３方向に微小駆動することができる。
【００１６】
本発明のステージ装置においては、前記テーブルベースが前記定盤上に気体軸受を介して配置されているとともに、該テーブルベースが該定盤上に磁気吸着されているものとすることができる。
この場合、定盤を基準として、テーブルベースを非接触で高剛性支持することができる。
【００１７】
本発明のステージ装置においては、前記気体軸受の周りに真空排気溝を形成することができる。
この場合、気体リークを低減できるので、真空雰囲気中や特殊雰囲気中でも本発明のステージ装置を使用することができる。
【００１９】
本発明の露光装置は、感応基板上にエネルギ線を選択的に照射してパターン形成する露光装置であって、前記感応基板を載置して移動する感応基板ステージ及び／又は前記パターンの原版を載置して移動する原版ステージが、前記請求項１〜９いずれか１項記載のステージ装置からなることを特徴とする。
なお、前記エネルギ線は特に限定されず、光、紫外光、Ｘ線（軟Ｘ線、ＥＵＶ等）、荷電粒子線（電子線、イオンビーム）等であってよい。また、露光方式も限定されず、縮小投影露光、近接等倍転写、直描式等に広く適用できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
まず、図１１を参照して、ＥＵＶ光縮小投影露光技術の概要を説明する。
図１１は、ＥＵＶ光露光装置の全体構成例を示す図である。
図１１のＥＵＶ光露光装置は、露光用の照明光として極端紫外光を用いて、ステップアンドスキャン方式により露光動作を行なう投影露光装置である。
【００２１】
図１１に示すように、露光装置２０１の最上流部には、レーザ光源２０３が配置されている。レーザ光源２０３は、赤外域から可視域の波長のレーザ光を発する機能を有し、例えば半導体レーザ励起によるＹＡＧレーザやエキシマレーザ等を使用する。レーザ光源２０３から発せられたレーザ光は、集光光学系２０５により集光され、下部に配置されたターゲット２０７に達する。ターゲット２０７は、波長１３ｎｍ近傍の極端紫外光を効率よく発生することができる。レーザ光源２０３、集光光学系２０５、ターゲット２０７等から、レーザプラズマ光源が構成される。なお、本実施例ではレーザプラズマ光源を用いる場合について説明するが、本発明においては、他の形態のプラズマ光源（例えば放電プラズマ光源）や、プラズマ光源以外の光源を用いることもできる。
【００２２】
ターゲット２０７には、図示せぬノズルからキセノンガスが供給され、このキセノンガスがターゲット２０７において高照度のレーザ光を受ける。キセノンガスは、高照度のレーザ光のエネルギ照射により高温になってプラズマ状態に励起され、その後、低ポテンシャル状態へ遷移する際に極端紫外光を放出する。極端紫外光は、大気に対する透過率が低いため、光源部及びその後の光路は真空チャンバー２０９の中に収められている。
【００２３】
ターゲット２０７の上部には、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜をコートした回転放物面ミラー２１１が配置されている。ターゲット２０７から輻射された極端紫外光は、放物面ミラー２１１に入射し、波長１３ｎｍ付近の極端紫外光のみが露光装置２０１の下方に向かい平行光となって反射される。同ミラー２１１の下方には、厚さ０．１５ｎｍのべリリウムからなる可視光カット極端紫外光透過フィルター２１３が配置されている。同ミラー２１１で反射された極端紫外光のうち、所望の極端紫外光のみがフィルター２１３を通過する。フィルター２１３付近もチャンバー２１５により覆われている。
【００２４】
フィルター２１３の下方には、露光チャンバー２３３が設置されている。露光チャンバー２３３内のフィルター２１３の下方には、照明光学系２１７が配置されている。照明光学系２１７は、コンデンサー系のミラー、フライアイ光学系のミラー等で構成されており、フィルター２１３から入射した極端紫外光を円弧状に整形し、図の左方に向かって照射する。
【００２５】
照明光学系２１７の図の左方には、極端紫外光反射ミラー２１９が配置されている。同ミラー２１９は、図の右側の反射面２１９ａが凹型をした円盤状のものである。ミラー２１９の図の右方には、光路折り曲げミラー２２１が斜めに配置されている。同ミラー２２１の上方には、反射型マスク２２３が、反射面が下になるように水平に配置されている。照明光学系２１７から放出された極端紫外光は、極端紫外光反射ミラー２１９により反射集光された後に、光路折り曲げミラー２２１を介して、反射型マスク２２３の反射面に達する。
【００２６】
各ミラー２１９、２２１は、反射面が高精度に加工された石英の基板からなる。各ミラー反射面には、波長１３ｎｍの極端紫外光の反射率が高いＭｏとＳｉの多層膜が形成されている。なお、波長が１０〜１５ｎｍの極端紫外光を用いる場合には、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）等の物質と、Ｓｉ、Ｂｅ（ベリリウム）、Ｂ₄Ｃ（四ホウ化炭素）等の物質とを組み合わせた多層膜でも良い。
【００２７】
反射型マスク２２３の反射面にも多層膜からなる反射膜が形成されている。この反射膜には、ウエハ２２９に転写するパターンに応じたマスクパターンが形成されている。反射型マスク２２３は、その上部に図示されたマスクステージ２２５に固定されている。マスクステージ２２５は、少なくとも１方向に移動可能であり、光路折り曲げミラー２２１で反射された極端紫外光を順次マスク２２３上に照射する。
【００２８】
反射型マスク２２３の下部には、順に投影光学系２２７、ウエハ２２９が配置されている。投影光学系２２７は、複数のミラー等からなる。投影光学系２２７は、反射型マスク２２３上のパターンを所定倍率に縮小し、ウエハ２２９上に結像する。ウエハ２２９は、ＸＹＺ方向（図示参照）に移動可能なウエハステージ２３１に静電吸着等により固定されている。
【００２９】
以下、前述した図１１の露光装置２０１に搭載されるステージ装置について説明する。
このステージ装置は、図１１の露光装置におけるウエハステージ２３１に相当するものであって、図８〜図１０に示す粗動ステージ機構と、図１〜図７に示す微動テーブル機構とを組み合わせたものである。
【００３０】
まず、図８〜図１０を参照して、本発明の一実施の形態に係るステージ装置について説明する。
図８は、本発明の一実施の形態に係るステージ装置の粗動ステージ機構を示す斜視図である。
図９は、同ステージ機構のリニアモータ、Ｙスライダ、移動ガイド及びステージの斜視図（図８から固定ガイドを取り除いた状態の斜視図）である。
図１０（Ａ）は図９に示す移動ガイド及びステージの平面図であり、図１０（Ｂ）はその正面図であり、図１０（Ｃ）はその側面図である。
【００３１】
図８に示すように、粗動ステージ機構１の四隅には、４つのポスト３ａ〜３ｄが立ち上げられている。左側のポスト３ａと３ｂの間、並びに、右側のポスト３ｃと３ｄの間には、Ｙ方向に沿って互いに平行に延びる固定ガイド１１、２１がそれぞれ架設されている。各固定ガイド１１（２１）は、それぞれ上下のガイド部材１１Ａ、１１Ｂ（２１Ａ、２１Ｂ）からなる。上下ガイド部材１１Ａ、１１Ｂ（２１Ａ、２１Ｂ）は、それぞれＹ方向に延びる帯状のものであって、互いにある寸法離れて上下に平行に向かい合っている。
【００３２】
各固定ガイド１１（２１）の両ガイド部材１１Ａ、１１Ｂ（２１Ａ、２１Ｂ）間には、図９に示すＹスライダ１３（２３）がそれぞれ挟まれている。
まず、図の左側のＹスライダ１３周囲の構成について説明する。
Ｙスライダ１３の本体は、外側に開口するコ字状の断面を有する。Ｙスライダ１３のコ字状の開口（溝）内には、縦断面Ｔ字状の固定子１５が組み込まれている。Ｙスライダ１３は、固定子１５に対して、Ｙ−Ｙ´方向にスライド可能である。この固定子１５は、前述した図８に示す固定ガイド１１の両ガイド部材１１Ａ、１１Ｂ間に挟まれるような形で、Ｙ方向に延びるように横たわった状態で配置されている。固定子１５の両端は、ポスト３ａ、３ｂに固定されている。
【００３３】
図９に示すように、Ｙスライダ１３の上下面（図８の固定ガイド１１の両ガイド部材１１Ａ、１１Ｂと対向する面）には、各面に４個ずつエアパッド１７ａ〜１７ｄが設けられている（図９には上摺動面側の４個のエアパッドのみが示されている）。各エアパッド１７ａ〜１７ｄは、多孔オリフィス材からなる。各エアパッド１７ａ〜１７ｄには、エア配管１７Ｘからエアが供給される。このエア配管１７Ｘは、Ｙスライダ１３に接続されており、図示せぬエア源に繋がっている。
【００３４】
Ｙスライダ１３の摺動面において、各エアパッド１７ａ〜１７ｄの周囲には、大気排気用溝１７ａ´〜１７ｄ´が形成されている。さらに、Ｙスライダ１３の摺動面には、エアパッド１７ａ〜１７ｄ全体を囲む長方形の真空排気溝１８ａと、Ｙ方向に沿って延びる直線状の真空排気溝１８ｂが形成されている。真空排気溝１８ｂにより、エアパッド１７ａ〜１７ｄは、内側の２個１７ａ、１７ｃと外側の２個１７ｂ、１７ｄとに区分けされている。内エアパッド１７ａ、１７ｃと外エアパッド１７ｂ、１７ｄとは、それぞれ独立に空気供給量を調整できるようになっている。
なお、下摺動面側の４個のエアパッド、大気排気用溝及び真空排気溝も、上摺動面側と同様に構成されている。
【００３５】
図示せぬエア源からエア配管１７Ｘを介してエアパッド１７ａ〜１７ｄにエアが供給されると、多孔オリフィス部分からエアが噴出される。このエアにより、Ｙスライダ１３が上下ガイド部材１１Ａ、１１Ｂ（図８参照）に対して非接触支持される。このとき噴出されたエアは、大気排気用溝１７ａ´〜１７ｄ´から大気に開放される。大気排気用溝１７ａ´〜１７ｄ´から洩れたエアは、真空排気溝１８ａ、１８ｂから真空排気される。このようにして、エアパッド１７ａ〜１７ｄのエアが、高真空に保たれているチャンバー内にあまり洩れ出さないようになっている。
【００３６】
次に、図の右側のＹスライダ２３周囲の構成について説明する。
Ｙスライダ２３の本体は、外側に開口するコ字状の断面を有する。Ｙスライダ２３のコ字状の開口（溝）内（縦断面コ字状の可動子２６内）には、縦断面Ｔ字状の固定子２５が組み込まれている。Ｙスライダ２３は、固定子２５に対して、Ｙ−Ｙ´方向にスライド可能である。固定子２５は、前述した図８に示す固定ガイド２１の両ガイド部材２１Ａ、２１Ｂ間に挟まれるような形で、Ｙ方向に延びるように横たわった状態で配置されている。固定子２５の両端は、ポスト３ｃ、３ｄに固定されている。
【００３７】
図９に示すように、Ｙスライダ２３の上下面（図８の固定ガイド２１の両ガイド部材２１Ａ、２１Ｂと対向する面）には、各面に２個ずつエアパッド２７ａ、２７ｂが設けられている（図９には上摺動面側の２個のエアパッドのみが示されている）。各エアパッド２７ａ、２７ｂは、多孔オリフィス材からなる。各エアパッド２７ａ、２７ｂには、エア配管２７Ｘからエアが供給される。このエア配管２７Ｘは、Ｙスライダ２３に接続されており、図示せぬエア源に繋がっている。
【００３８】
Ｙスライダ２３の摺動面において、各エアパッド２７ａ、２７ｂの周囲には、大気排気用溝２７ａ´、２７ｂ´が形成されている。さらに、Ｙスライダ２３の摺動面には、エアパッド２７ａ、２７ｂ全体を囲む長方形の真空排気溝２８ａと、両エアパッド２７ａ、２７ｂ間でＹ方向に沿って延びる直線状の真空排気溝２８ｂが形成されている。真空排気溝２８ｂにより、エアパッド２７ａ、２７ｂは、内側２７ｂと外側２７ａとに区分けされている。これら外エアパッド２７ａと内エアパッド２７ｂは、それぞれ独立に空気供給量を調整できるようになっている。このＹスライダ２３側においても、前述と同様の作用により、Ｙスライダ２３が上下ガイド部材２１Ａ、２１Ｂ（図８参照）に対して非接触支持される。
なお、下摺動面側の２個のエアパッド、大気排気用溝及び真空排気溝も、上摺動面側と同様に構成されている。
【００３９】
次に、両Ｙスライダ１３、２３間の移動ガイド３１及び粗動ステージ４１について説明する。
両Ｙスライダ１３、２３間には、Ｘ方向に延びる移動ガイド３１が掛け渡されている。この移動ガイド３１には、粗動ステージ（Ｘスライダ）４１がスライド可能に取り付けられている。粗動ステージ４１は、移動ガイド３１上を、４面（摺動面の上下及び両側面）を拘束されて案内されるため、粗動ステージ４１のスライドはより安定的に行われる。この粗動ステージ４１には、後に図１〜図７を用いて詳述する微動テーブル機構が組み付けられる。
【００４０】
粗動ステージ４１は、貫通中空部を有する平たい箱状（外観略十字型）をしている。この粗動ステージ４１の中空部の内面は、移動ガイド３１の外面に嵌合している。粗動ステージ４１外面の四隅の切り欠かれたコーナー面（計８面）には、鋼板４５が貼り付けられている。
【００４１】
図１０（Ａ）に示すように、粗動ステージ４１の中空部上下面（移動ガイド３１との摺動面）には、各面に４個ずつエアパッド４３ａ〜４３ｄが設けられている（図には上面側の４個のエアパッドのみが示されている）。各エアパッド４３ａ〜４３ｄは、多孔オリフィス材からなる。粗動ステージ４１の摺動面において、各エアパッド４３ａ〜４３ｄの周囲には、大気排気用溝４３ａ´〜４３ｄ´が形成されている。さらに、粗動ステージ４１の摺動面の両端部近傍には、真空排気溝４４ａ、４４ｂが形成されている。
なお、下摺動面側の４個のエアパッド、大気排気用溝及び真空排気溝も、上摺動面側と同様に構成されている。
【００４２】
図１０（Ｂ）に示すように、粗動ステージ４１の中空部側面（移動ガイド３１との摺動面）には、各面に２個ずつエアパッド４５ａ、４５ｂが設けられている（図には一方の面の２個のエアパッドのみが示されている）。各エアパッド４５ａ、４５ｂは、多孔オリフィス材からなる。粗動ステージ４１の摺動面において、各エアパッド４５ａ、４５ｂの周囲には、大気排気用溝４５ａ´、４５ｂ´が形成されている。さらに、粗動ステージ４１の摺動面の両端部近傍には、真空排気溝４６ａ、４６ｂが形成されている。
なお、一方の摺動面側の２個のエアパッド、大気排気用溝及び真空排気溝も、上摺動面側と同様に構成されている。
【００４３】
図１０（Ａ）、（Ｃ）に示すように、移動ガイド３１の中央部には、各エアパッドへの給気孔３３ａと、大気排気孔３３ｂと、真空排気孔３３ｃとが形成されている。給気孔３３ａは各エアパッドに繋がっており、給気孔３３ａから供給されたエアが各エアパッドの多孔オリフィス部分から噴出する。大気排気孔３３ｂは、大気排気用溝４５ａ´、４５ｂ´に繋がっている。エアパッドから噴出されたエアは、大気排気用溝４５ａ´、４５ｂ´から大気排気孔３３ｂを通って大気に放出される。真空排気孔３３ｃは、真空排気用溝４６ａ、４６ｂに繋がっている。大気排気用溝４５ａ´、４５ｂ´から洩れたエアは、真空排気用溝４６ａ、４６ｂを通って真空排気孔３３ｃから真空排気される。これらのエアパッドから噴出されるエアにより、粗動ステージ４１が移動ガイド３１に４面拘束されつつ非接触支持される。
【００４４】
次に、粗動ステージ４１のエアシリンダ式駆動機構について説明する。
図１０（Ａ）にわかり易く示すように、粗動ステージ４１は、内側中空部側方に気体室４１Ｐを有する。この粗動ステージ４１の気体室４１Ｐの中央には、しきり板４１Ａ、４１Ｂが設けられている。そして、粗動ステージ４１の気体室４１Ｐは、しきり板４１Ａにより隣り合う２つの気体室４１Ｐ１、４１Ｐ２に分割されているとともに、しきり板４１Ｂにより隣り合う２つの気体室４１Ｐ１´、４１Ｐ２´に分割されている。気体室４１Ｐ１と４１Ｐ１´、並びに、気体室４１Ｐ２と４１Ｐ２´は、それぞれ相互に連通している。
【００４５】
移動ガイド３１内部には、粗動ステージ４１の気体室４１Ｐ１・４１Ｐ１´、及び、４１Ｐ２・４２Ｐ２´に気体を供給するための管路（図示されず）が組み込まれている。これら管路には、圧空制御弁（図示されず）が設けられており、各気体室内に供給する気体の圧力を制御する。これら隣り合う気体室４１Ｐ１・４１Ｐ１´、及び、４１Ｐ２・４２Ｐ２´の圧力に差をつけることにより、粗動ステージ４１をＸ方向に駆動することができる。
【００４６】
図８に示すように、粗動ステージ４１の下には定盤１０２が広がっている。この定盤１０２は、以下に述べる微動テーブル機構をＺ方向に非接触に支持している。
前述の粗動ステージ機構１に連結される微動テーブル機構の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る粗動ステージ及び微動テーブル機構の構成を示す分解斜視図である。
図２は、同粗動ステージ及び微動テーブル機構の組み立て状態を示す側面図である。
図３は、同微動テーブル機構のテーブルベースの構成を示す斜視図である。
【００４７】
図４は、同微動テーブル機構のテーブルベースの裏面図である。
図５は、同粗動ステージ及び微動テーブル機構の非接触係合部の詳細を示す拡大図である。
図６は、同粗動ステージの鋼板を微動テーブル機構の電磁的サポートアクチュエータの構成を示す斜視図である。
図７（Ａ）、（Ｂ）は、同微動テーブル機構のＺ駆動アクチュエータ及びテコ機構の動作を説明する説明図である。
【００４８】
図１及び図２に示すように、粗動ステージ機構１の粗動ステージ４１には、微動テーブル機構１０１が非接触に係合している。微動テーブル機構１０１は粗動ステージ４１に非接触に係合しているので、粗動ステージ４１に引き連れられる形でＸＹ面内で駆動される。この微動テーブル機構１０１は、粗動ステージ４１下面側に配置されたテーブルベース１０３と、粗動ステージ４１上側に配置された微動テーブル１０５とが、四本のＺ駆動アクチュエータ１０７で連結された構成を有する。テーブルベース１０３は、定盤１０２上に非接触に支持・案内される。この構成では、粗動ステージ４１は、微動テーブル１０５とテーブルベース１０３に上下から非接触に挟まれた配置となっており、微動テーブル機構１０１の低重心化が図られている。
【００４９】
図１〜図３に示すように、微動テーブル機構１０１のテーブルベース１０３は、四角い板状をしている。このテーブルベース１０３の上面側四隅に、前述のＺ駆動アクチュエータ１０７が配置されている。Ｚ駆動アクチュエータ１０７は、微動テーブル１０５のＺ、θｘ、θｙの３方向の微小駆動を行うアクチュエータである。各Ｚ駆動アクチュエータ１０７は、伸縮式のピエゾアクチュエータであって、両端部寄りの２箇所に屈曲変形可能なヒンジ部１０７ａを備えている。Ｚ駆動アクチュエータ１０７の先端（上端）は、微動テーブル１０５の四隅の係合孔１０５ａに嵌め込まれている。一方、Ｚ駆動アクチュエータ１０７の基端（下端）は、テーブルベース１０３の長方形の溝１０４内に埋め込み配置されたテコ機構１１０に接続されている。
【００５０】
図３及び図７に示すように、各テコ機構１１０は、テーブルベース１０３の溝１０４内に配置された本体１１１を備えている。この本体１１１の一端（図７の右端側）には、上側に向けて折れ曲がったアクチュエータ固定端部１１２が形成されている。同固定端部１１２上面には、Ｚ駆動アクチュエータ１０７の基端（下端）が接続される。図７に示すように、テコ機構１１０の本体１１１内には、ピエゾ素子１１３が内蔵されている。このピエゾ素子１１３の先側（固定端部１１２の付け根寄り）の本体１１１の部分にはスリット１１５が切り込まれており、このスリット１１５の上部が変位拡大テコ部１１６となっている。スリット１１５の両下端縁には、スリット隙間間隔を検出するギャップセンサ１１７が設けられている。
【００５１】
ここで、図７を参照して、テコ機構１１０及びＺ駆動アクチュエータ１０７の動作について説明する。
図７（Ａ）に示すように、テコ機構１１０の本体１１１内のピエゾ素子１１３が突出していない状態では、Ｚ駆動アクチュエータ１０７は真っ直ぐに延びており、両ヒンジ部１０７ａにおいて屈曲変形していない。
【００５２】
この状態から、図７（Ｂ）に示すようにピエゾ素子１１３が突出すると、まずこのピエゾ素子１１３の先端がスリット１１５内端面に当たり、変位拡大テコ部１１６を支点として固定端部１１２を上側に押し上げる。すると、Ｚ駆動アクチュエータ１０７は、両ヒンジ部１０７ａにおいて屈曲変形しつつ若干押し上げられ、この動きが微動テーブル１０５に伝わる。
【００５３】
このときのＺ駆動アクチュエータ１０７の押し上がり量やヒンジ部１０７ａにおける屈曲変形量（すなわち微動テーブルのＺ、θｘ、θｙ方向の微小駆動量）は、テコ機構１１０のピエゾ素子１１３の突出量で制御できる。そして、ピエゾ素子１１３の突出量は、ギャップセンサ１１７によるスリット１１５の隙間間隔の検出値に基づき制御できる。
【００５４】
図１及び図２に戻って説明する。
図１及び図２に示すように、テーブルベース１０３の上面側四隅において、各Ｚ駆動アクチュエータ１０７の内側にはサポート壁部材１２０が立ち上げられている。各サポート壁部材１２０の上端からは、Ｚ駆動アクチュエータ１０７の先端（上端）が突出している。各サポート壁部材１２０の２つの壁部１２０Ａ、１２０Ｂには、それぞれ電磁的サポートアクチュエータ１３０及びギャップセンサ１４０が埋め込まれている。電磁的サポートアクチュエータ１３０は、微動テーブル１０５のＸ、Ｙ、θｚの３方向の微小駆動を行うアクチュエータである。
【００５５】
図５及び図６にわかり易く示すように、電磁的サポートアクチュエータ１３０は、Ｅ字型の電磁コア１３１と、この電磁コア１３１のＥ字溝−背面周りの２箇所に巻き付けられたコイル１３３とからなる。各電磁的サポートアクチュエータ１３０は、各サポート壁部材１２０の壁部１２０Ａ、１２０Ｂの内壁表面近くに埋め込まれている。各電磁的サポートアクチュエータ１３０（計８個）は、粗動ステージ４１のコーナー部外面の鋼板４５（計８面）にそれぞれ対向しており、これら鋼板４５との間に電磁的な吸引力を発生させる。そして、テーブルベース１０３の４角×２箇所（合計８ヶ所）の電磁的サポートアクチュエータ１３０と鋼板４５間の吸引力のバランスにより、粗動ステージ４１に対して微動テーブル機構１０１が非接触状態を維持しつつ、Ｘ、Ｙ、θｚの３方向に微小駆動可能に連結される。
【００５６】
粗動ステージ４１に対して微動テーブル機構１０１が非接触に連結された状態において、サポート壁部材１２０の壁部１２０Ａ、１２０Ｂと鋼板４５間のギャップがギャップセンサ１４０で検出される。そして、粗動ステージ４１に対する微動テーブル機構１０１の微小駆動・位置決めは、ギャップセンサ１４０によるギャップの検出値に基づき制御できる。
【００５７】
図４に示すように、テーブルベース１０３の裏面側には、４つに分散配置されたエアパッド（気体軸受）１５０（１５０ａ〜１５０ｄ）が設けられている。これらエアパッド１５０の周囲には、真空排気溝１５１が形成されている。この真空排気溝１５１により、エアパッド１５０からの気体リークを軽減できるので、真空雰囲気中や特殊雰囲気中でもステージ装置を使用することができる。さらに、テーブルベース１０３の中心部（真空排気溝１５１の内側）には、電磁的アクチュエータ１５３が埋め込まれている。この電磁的アクチュエータ１５３は、前述の電磁的サポートアクチュエータ１３０と略同様のものである。
【００５８】
図２に示すように、テーブルベース１０３は、各エアパッド１５０により定盤１０２上に非接触吸着されているとともに、電磁的アクチュエータ１５３により定盤上に磁気吸着されている。これにより、定盤１０２を基準として、テーブルベース１０３の非接触な高剛性支持が実現されている。さらに、本実施の形態のステージ装置は、粗動ステージ４１に微動テーブル機構１０１が非接触に連結された状態において、テーブルベース１０３の定盤１０２上における弾性主軸Ｃと、粗動ステージ４１の駆動重心点Ｇとが一致している。そのため、ステージ装置の制御軸の非干渉化が実現されている。なお、テーブルベース１０３上面と粗動ステージ４１下面の間、及び、粗動ステージ４１上面と微動テーブル１０５下面の間には、適当な隙間が存在する。
【００５９】
図１及び図２に示すように、微動テーブル１０５の四隅には、前述の通り係合孔１０５ａが形成されている。これらの係合孔１０５ａに、Ｚ駆動アクチュエータ１０７の先端（上端）が嵌め込まれる。微動テーブル１０５の上面中央には、ウエハ２９９（図１１参照）を吸着するためのウエハホルダ１０５ｂが設けられている。微動テーブル１０５の側面には、ミラー１６１、１６２が固定されている。これらミラー１６１、１６２は、位置検出装置のレーザ干渉計（図示されず）から出射されるレーザービームを反射する。
【００６０】
前述の粗動ステージ機構１及び微動テーブル機構１０１を備えるステージ装置の総合的な作用について説明する。
テーブルベース１０３は、裏面側の各エアパッド１５０により定盤１０２上に非接触吸着されているとともに、電磁的アクチュエータ１５３により定盤１０２上に磁気吸着されている（図２等参照）。これにより、定盤１０２を基準として、微動テーブル機構１０１全体の非接触な高剛性支持が実現されている。
【００６１】
微動テーブル機構１０１は、粗動ステージ機構１の粗動ステージ４１に対して、サポート壁部材１２０内の電磁的サポートアクチュエータ１３０と、粗動ステージ４１コーナー部の鋼板４５との間の８箇所の吸引力のバランスにより、非接触状態を維持しつつ微小動作可能となっている（図５等参照）。粗動ステージ４１に対して微動テーブル機構１０１が非接触で係合しているので、粗動ステージ４１から微動テーブル機構１０１への振動が絶縁される。そして、微動テーブル機構１０１は、基本的には、粗動ステージ４１に引き連れられてＸ、Ｙ平面内を駆動され、さらに、粗動ステージ４１に対する微動テーブル機構１０１のＸ、Ｙ、θｚ方向の微小駆動・位置決めが制御される。なお、この制御の際には、サポート壁部材１２０の壁部１２０Ａ、１２０Ｂと鋼板４５間のギャップをギャップセンサ１４０で検出してフィードバック制御される。
【００６２】
粗動ステージ４１に対して微動テーブル１０５をＺ、θｘ、θｙ方向に微小駆動するには、Ｚ駆動アクチュエータ１０７を駆動する。すなわち、テコ機構１１０のピエゾ素子１１３を突出させると、本体１１１の変位拡大テコ部１１６を支点として固定端部１１２が上側に押し上がり、Ｚ駆動アクチュエータ１０７が両ヒンジ部１０７ａにおいて屈曲変形しつつ押し上げられる（図７等参照）。Ｚ駆動アクチュエータ１０７は、テコ機構１１０のピエゾ素子１１３の突出量をギャップセンサ１１７で検出しつつ駆動制御する。このＺ駆動アクチュエータ１０７の駆動制御により、上側に連結された微動テーブル１０５をＺ、θｘ、θｙ方向に微小駆動できる。
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、低重心でステージ部の移動に伴う振動を遮断できる、あるいは、真空領域内で高精度な位置決めを行うことができる等の利点を有するステージ装置等を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る粗動ステージ及び微動テーブル機構の構成を示す分解斜視図である。
【図２】同粗動ステージ及び微動テーブル機構の組み立て状態を示す側面図である。
【図３】同微動テーブル機構のテーブルベースの構成を示す斜視図である。
【図４】同微動テーブル機構のテーブルベースの裏面図である。
【図５】同粗動ステージ及び微動テーブル機構の非接触係合部の詳細を示す拡大図である。
【図６】同粗動ステージの鋼板を微動テーブル機構の電磁的サポートアクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図７】同微動テーブル機構のＺ駆動アクチュエータ及びテコ機構の動作を説明する説明図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係るステージ装置の粗動ステージ機構を示す斜視図である。
【図９】同ステージ機構のリニアモータ、Ｙスライダ、移動ガイド及びステージの斜視図（図８から固定ガイドを取り除いた状態の斜視図）である。
【図１０】図１０（Ａ）は図９に示す移動ガイド及びステージの平面図であり、図１０（Ｂ）はその正面図であり、図１０（Ｃ）はその側面図である。
【図１１】ＥＵＶ光露光装置の全体構成例を示す図である。
【符号の説明】
１粗動ステージ機構１１、２１固定ガイド
１３、２３Ｙスライダ１５、２５固定子
１７、２７エアパッド１７Ｘ、２７Ｘエア配管
１８、２８真空排気溝３１移動ガイド
４１粗動ステージ４５鋼板
１０１微動テーブル機構１０２定盤
１０３テーブルベース１０５微動テーブル
１０７Ｚ駆動アクチュエータ１０７ａヒンジ部
１１０テコ機構
１１１本体１１２アクチュエータ固定端部
１１３ピエゾ素子１１５スリット
１１６変位拡大テコ部１１７ギャップセンサ
１２０サポート壁部材
１３０電磁的サポートアクチュエータ
１３１電磁コア１３３コイル
１４０ギャップセンサ１５０エアパッド
１５１真空排気溝１５３電磁的アクチュエータ
２０１露光装置
２２５マスクステージ２３１ウエハステージ

Claims

ある平面上で粗動ステージを移動・位置決めする粗動ステージ機構と、
前記粗動ステージ上で微動テーブルを移動・位置決めする微動テーブル機構と、
前記微動テーブルを搭載し前記平面上を前記平面と非接触で移動するテーブルベースと、
を備えるステージ装置であって、
前記粗動ステージは前記微動テーブルと前記テーブルベースに上下から挟まれる配置となっており、前記粗動ステージに対して前記微動テーブルと前記テーブルベースが非接触で係合していることを特徴とするステージ装置。
前記粗動ステージに対して前記微動テーブル機構を前記平面に沿う方向に微小動作可能とする電磁サポートアクチュエータを具備することを特徴とする請求項１記載のステージ装置。
前記微動テーブル機構を搭載するテーブルベースと、
該テーブルベースを非接触に支持・案内する、前記平面に沿って広がる定盤と、
を具備することを特徴とする請求項１又は２記載のテーブル装置。
前記テーブルベース上に非接触で前記粗動ステージが配置さているとともに、該粗動ステージ上に非接触で前記微動テーブルが配置されており、
前記テーブルベースは、基本的には、前記粗動ステージに引き連れられて前記
定盤上を移動し、
前記テーブルベースと前記粗動ステージの間に、両者を微小動作可能に連結する電磁サポートアクチュエータが配置されていることを特徴とする請求項３記載のステージ装置。
前記テーブルベース上の３点以上の位置に、前記微動テーブルのＺ駆動アクチュエータが分散配置されていることを特徴とする請求項３又は４記載のステージ装置。
前記Ｚ駆動アクチュエータが、伸縮式であって、屈曲変形可
能なヒンジ部を有しており、前記テーブルベースに、前記Ｚ駆動アクチュエータをテコ作用で動かすテコ機構が設けられていることを特徴とする請求項５記載のステージ装置。
前記テーブルベースが前記定盤上に気体軸受を介して配置されているとともに、該テーブルベースが該定盤上に磁気吸着されていることを特徴とする請求項３〜６いずれか１項記載のステージ装置。
前記気体軸受の周りに真空排気溝が形成されていることを特徴とする請求項７記載のステージ装置。
感応基板上にエネルギ線を選択的に照射してパターン形成する露光装置であって、前記感応基板を載置して移動する感応基板ステージ及び／又は前記パターンの原版を載置して移動する原版ステージが、前記請求項１〜８いずれか１項記載のステージ装置からなることを特徴とする露光装置。