JP4590846B2 - 磁気浮上式ステージ装置及び露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、パターン原版（マスク、レチクル）等を載置して移動・位置決めするための磁気浮上式ステージ装置、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。

半導体デバイス等の微細パターンを形成するためのいわゆるリソグラフィ技術の分野におけるステージ装置を例に採って、従来の技術を説明する。
リソグラフィ技術において現在主流である光露光装置では、ステージ駆動源として、高分解能位置決め線形制御が可能で高推力のリニアモータ等の電磁アクチュエータが広く用いられている。また、ステージの位置測定には、高分解能のレーザ干渉計が広く用いられている。さらに、定盤上のステージのＸＹガイド方式としては、ステージの位置決めが容易になるよう、高剛性のプリロード排気付き静圧軸受けが用いられている。そして、これらにより、ステージの数ｎｍオーダの位置決めが可能となりつつある。

光露光装置においては、パターン原版を載置する原版ステージと、原版パターンが転写される感応基板を載置する感応基板ステージとを同期走査しながら、パターンを感応基板上に投影転写（いわゆるスキャン露光）するものがある。この種のスキャン露光を行う光露光装置では、感応基板ステージを移動させて転写すべき露光領域を投影光学系の光軸上に位置決めするステップ動作と、原版ステージと感応基板ステージを同期移動させながら走査露光するスキャン動作を繰り返す。

ところで、従来の露光装置においては、光源として、例えば、波長２４８ｎｍのパルス光を発振するＫｒＦエキシマレーザや、波長１９３ｎｍのパルス光を発振するＡｒＦエキシマレーザ等が用いられていた。しかしながら、近年のデバイスパターンの微細化に伴い、光の回折限界によって制限される投影光学系の解像力をさらに向上させることが望まれている。そのため、数ｎｍ〜数１０ｎｍの波長を有するＸ線が注目されている。この領域のＸ線は、軟Ｘ線又はＥＵＶ光（Extreme Ultra Violet 光：極端紫外光）と呼ばれており、１３ｎｍ程度の波長を有するＥＵＶ光を使用したリソグラフィ技術が開発されている。この技術は、従来の波長１９０ｎｍ程度の光線を用いた光リソグラフィでは実現不可能な、７０ｎｍ以下の解像力を得られる技術として期待されている。

前述のＥＵＶ光を用いるＥＵＶＬ露光装置や、電子ビームを用いる投影露光装置（ＥＰＬ）では、ＥＵＶ光や電子ビームの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等により覆われて、内部は約１０^−４Ｐａ以下の真空雰囲気に減圧される。そのため、ＥＵＶＬ露光装置やＥＰＬにおいては、ステージガイド機構として前述のプリロード排気付き静圧軸受けを採用し難く、これに代わる新たなステージガイド機構が求められている。

そこで、定盤とステージとの間に０．４ＭＰａ程度の高圧の気体を導入し、この高圧気体によって両部を非接触でガイドするエアガイドを使用することが想定されている。ところが、このようなエアガイドを真空雰囲気内で使用し、且つ、ステージ駆動速度が速い場合には、ステージが静止している間は真空雰囲気内へ気体が漏れる量が少ないが、ステージが移動している間に特定の気体が真空雰囲気内で増えることが分かってきた。

具体的には、ステージ静止時とステージ移動時において、真空雰囲気内の気体成分を質量分析計で測定した結果、供給した気体が空気の場合であっても、ステージ移動時には、不純物として主にＨ_２Ｏ（水分）の分圧が増加していることがわかった。この理由を考慮した結果、水分はガイド軸に吸着しやすく、ステージの高速移動によって水分が吸着したガイド軸の広い表面が真空雰囲気にさらされると、ガイド軸に吸着した水分が真空中に放出されて、水分の分圧が大きく上昇することがわかった。

真空雰囲気内にガスが漏れると真空度が下がり、露光装置のエネルギ線の強度を減衰させる等の問題が生じ、スループットの低下を引き起こすおそれがある。さらに、高スループット化を実現するためには、ステージ自体を軽量化したいという要請もある。そのため、前述のようにガス媒体を用いるステージガイド機構をＥＵＶＬ露光装置の原版ステージに採用することは好ましくない。さらに、ＥＵＶＬ露光装置及びＥＰＬの共通の要件として、原版ステージは、光源との焦点を補正するため、Ｘ方向及びＹ方向に加えて、ＸＹ平面の法線方向（Ｚ方向）、Ｘ方向周り（θｘ方向）、Ｙ方向周り（θｙ方向）及びＺ方向周り（θｚ方向）にも微調整できる必要がある。

そこで、真空度の悪化を引き起こす可能性のあるガス媒体を用いず、ステージの軽量化にも対応でき、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚの６軸制御が可能な新たなステージガイド機構が求められている。
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、真空度の悪化の可能性を低減できる、あるいは、高速・高加速を実現してスループットを向上できる等の利点を有する磁気浮上式ステージ装置を提供することを目的とする。さらに、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。

本発明によれば、ステージに配置された可動子が、Ｙ方向駆動用リニアモータ可動子（Ｙ可動子）と浮上用アクチュエータ可動子（Ｚ可動子）とに分離されている。これら可動子のうち、Ｙ可動子については、主固定子との間の磁力線が鉛直に走り、磁束密度の鉛直成分が大きいため、固定磁性体に近い形態でステージ推力（ローレンツ電磁力）を生じさせることができる。一方、Ｚ可動子については、主固定子との間の磁力線が水平に走り、磁束密度の水平成分が大きいため、永久磁石に近い形態でステージ浮上力（ローレンツ電磁力）を生じさせることができる。このように、本発明では、電磁力の特性を活かした、ステージの駆動及び浮上を兼ね備えるステージガイド機構が実現できる。

本発明の磁気浮上式ステージ装置は、主走査方向（Ｙ方向）、該Ｙ方向の直交方向（Ｘ方向）、ＸＹ平面の法線方向（Ｚ方向）、前記Ｘ方向周り（θｘ方向）、前記Ｙ方向周り（θｙ方向）及び前記Ｚ方向周り（θｚ方向）にステージを移動・位置決めするステージ装置であって、 前記Ｙ方向に並行して延びる２本のガイドと、 該ガイドの各々に配列された、Ｙ方向駆動用且つθｚ方向駆動用リニアモータ、及び、Ｚ方向駆動用（浮上用）且つθｘ方向駆動用、θｙ方向駆動用電磁アクチュエータの兼用の主固定子と、 前記ガイドに配置された、Ｘ方向駆動用リニアモータ固定子と、 前記ステージに配置されたＹ方向駆動用且つθｚ方向駆動用リニアモータ可動子（Ｙ、θｚ可動子）と、 前記ステージに配置されたＸ方向駆動用リニアモータ可動子（Ｘ可動子）と、 前記ステージに配置されたＺ方向駆動用且つθｘ方向駆動用、θｙ方向駆動用アクチュエータ可動子（Ｚ、θｘ、θｙ可動子）と、を備え、前記主固定子が、前記Ｚ方向に可動子移動スキマを介して対面しており且つ前記Ｙ方向に沿って配列されている、前記対面する同士及び前記Ｙ方向に隣り合う同士も逆極性の、磁石のペアの列を有し、前記Ｙ、θｚ可動子と前記Ｚ、θｘ、θｙ可動子は、Ｙ、θｚコイル群とＺ、θｘ、θｙコイル群を隣接させて配置した、第一のコイルユニット及び第二のコイルユニットを構成し、前記第一のコイルユニットに配置された前記Ｙ、θｚコイル群は、前記Ｚ、θｘ、θｙコイル群の間に配置され、前記第二のコイルユニットに配置された前記Ｚ、θｘ、θｙコイル群は、前記Ｙ、θｚコイル群の間に配置され、前記第一のコイルユニットと前記第二のコイルユニットは、夫々が前記主固定子と対面して配置されることを特徴とする磁気浮上式ステージ装置。

本発明によれば、前述と同様に、ステージの駆動及び浮上を兼ね備えるステージガイド機構が実現できるとともに、ステージのＸ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚの６軸制御が実現できる。そのため、特に、従来のステージ粗微動制御を用いずに、ステージ自体の軽量化を図ることができる。

本発明の磁気浮上ステージ装置において、前記第二のコイルユニットに配置された前記Ｚ、θｘ、θｙコイル群は、前記Ｙ、θｚコイル群の間に配置されることを特徴とする。

本発明の磁気浮上式ステージ装置においては、前記ＸＹ平面の法線方向（Ｚ方向）、前記Ｘ方向周り（θｘ方向）及び前記Ｙ方向周り（θｙ方向）の前記ステージの移動量を検出する複数のセンサ（レーザ干渉計又はオートフォーカス等）を備え、 前記ステージのＺ方向、θｘ方向及びθｙ方向の移動量を前記センサで検出し、該センサからの検出信号を帰還しながら前記主固定子又は可動子の電機子コイルに独立に通電して、前記ステージのＺ方向、θｘ方向及びθｙ方向の位置決め制御を行うことができる。
ステージが浮上する際には、主固定子と可動子間の静的な磁気吸引力によってステージ自重をキャンセルすることができる。しかしながら、そもそも磁気吸引力は負のばね特性を有しているため、静的な釣り合いのみではステージが不安定な状態となる可能性がある。そこで、本発明のこの態様では、主固定子の磁石又は電機子コイルに独立にサーボ電流を通電し、ステージを動的に浮上させて安定化を図るのである。

本発明の磁気浮上式ステージ装置においては、前記ステージと前記各リニアモータ可動子との間に、 力センサ又は位置センサが内蔵された、前記Ｙ方向に伸縮可能なピエゾ素子と、 該ピエゾ素子の変位を許容する複数の板ばねと、を備え、 前記ピエゾ素子を駆動することにより前記ＸＹ平面上で前記ステージの位置・姿勢の微調整を行うことができる。
この場合、ピエゾ素子と板ばねによりステージの位置・姿勢の微調整機構を実現することができる。

本発明の磁気浮上式ステージ装置においては、前記ステージが、熱膨張係数が０．１（ｐｐｍ／℃）以下の低熱膨張材料からなることが好ましい。
この場合、熱膨張係数が０．１（ｐｐｍ／℃）以下であるので、ステージの熱の影響による変形を低減できる。
なお、前記Ｙ方向駆動用のＹ可動子と、前記Ｚ方向浮上用のＺ可動子との間にヒートパイプ等を設置し、このヒートパイプの端部を冷媒に接触させる等をして、ステージを強制的に冷却することも可能である。

本発明の第１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を形成する露光装置であって、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１〜４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。

本発明の第２露光装置は、所望のパターンが形成された原版を載置する原版ステージと、前記原版をエネルギ線照明する照明光学系と、前記パターンを転写する感応基板を載置する感応基板ステージと、前記原版を通過したエネルギ線を前記感応基板上に投影結像させる投影光学系と、を具備し、 前記両ステージをある方向（Ｙ方向）に同期連続移動（同期スキャン）させながら露光する露光装置であって、前記原版ステージが前記請求項１〜４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、前記エネルギ線の種類は、ＥＵＶ光に限られるものではなく、紫外光、電子線、イオンビーム等であってもよい。また、露光の方式も特に限定されず、縮小投影露光や等倍近接転写であってよい。

本発明によれば、真空度の悪化の可能性を低減できる、あるいは、高速・高加速を実現してスループットを向上できる等の利点を有する磁気浮上式ステージ装置等を提供することができる。

発明を実施するための形態

以下、図面を参照しつつ説明する。
本実施の形態では、ＥＵＶＬ露光装置を例に採って説明するが、本発明はＥＵＶ光以外のエネルギ線を用いる他の露光装置に適用することも可能である。
図１２は、ＥＵＶＬ露光装置の一例（４枚投影系）を示す概略構成図である。
図１２に示すＥＵＶＬ露光装置は、光源を含む照明系ＩＬを備えている。照明系ＩＬから放射されたＥＵＶ光（一般に波長５〜２０ｎｍが用いられ、具体的には１３ｎｍや１１ｎｍの波長が用いられる）は、折り返しミラー１で反射してレチクル２に照射される。

レチクル２は、レチクルステージ３に保持されている。このレチクルステージ３は、走査方向（Ｙ軸）に１００ｍｍ以上のストロークを持ち、レチクル面内の走査方向と直交する方向（Ｘ軸）に微小ストロークを持ち、光軸方向（Ｚ軸）にも微小ストロークを持っている。ＸＹ方向の位置は図示せぬレーザ干渉計によって高精度にモニタされ、Ｚ方向はレチクルフォーカス送光系４とレチクルフォーカス受光系５からなるレチクルフォーカスセンサでモニタされている。

レチクル２で反射したＥＵＶ光は、図中下側の光学鏡筒１４内に入射する。このＥＵＶ光は、レチクル２に描かれた回路パターンの情報を含んでいる。レチクル２にはＥＵＶ光を反射する多層膜（例えばＭｏ／ＳｉやＭｏ／Ｂｅ）が形成されており、この多層膜の上に吸収層（例えばＮｉやＡｌ）の有無でパターニングされている。

光学鏡筒１４内に入射したＥＵＶ光は、第一ミラー６で反射した後、第二ミラー７、第三ミラー８、第四ミラー９と順次反射し、最終的にはウェハ１０に対して垂直に入射する。投影系の縮小倍率は、例えば１／４や１／５である。この図では、ミラーは４枚であるが、Ｎ．Ａ．をより大きくするためには、ミラーを６枚あるいは８枚にすると効果的である。鏡筒１４の近傍には、アライメント用のオフアクシス顕微鏡１５が配置されている。

ウェハ１０は、ウェハステージ１１上に載せられている。ウェハステージ１１は、光軸と直交する面内（ＸＹ平面）を自由に移動することができ、ストロークは例えば３００〜４００ｍｍである。同ウェハステージ１１は、光軸方向（Ｚ軸）にも微小ストロークの上下が可能で、Ｚ方向の位置はウェハオートフォーカス送光系１２とウェハオートフォーカス受光系１３からなるウェハフォーカスセンサでモニタされている。ウェハステージ１１のＸＹ方向の位置は図示せぬレーザ干渉計によって高精度にモニタされている。露光動作において、レチクルステージ３とウェハステージ１１は、投影系の縮小倍率と同じ速度比、すなわち、４：１あるいは５：１で同期走査する。

次に、本発明の実施例１に係るステージ装置について説明する。
図１は、本発明の実施例１に係るステージ装置の内部構成を示す平面図である。
図２は、図１のステージ装置の断面図である。
以下の説明において、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向とは、図１及び図２に示す矢印方向を指すものとする。さらに、手前側とは図１の下側を意味し、奥側とは図１の上側を意味する。

このステージ装置２０は、図１２のＥＵＶＬ露光装置におけるレチクルステージ３に相当する。同ステージ装置２０のステージ４０は、図１中に矢印で示すＹ方向には精密な位置決めの必要な連続移動（スキャン）を行う。

図１に示すステージ装置２０は、四角い板状のステージベース２１を備えている。このステージベース２１は、外周の３箇所の張り出し部２１ａ、２１ｂ、２１ｃを有している。図２に示すように、ステージベース２１の張り出し部２１ａ、２１ｂ、２１ｃのそれぞれは、球面座２２ａ、２２ｂ、２２ｃを介して露光装置のボディＢＤ上に配置されている。ステージベース２１の下面には、Ｙ方向に沿って互いに平行に延びる固定フレーム２３、２４が固定されている。これら固定フレーム２３、２４は、内側に開口する断面コ字状に形成されており、開口（溝）側が互いに対向するように配置されている。

ステージベース２１の両固定フレーム２３、２４の内側には、四角い枠状のカウンタマスフレーム（ステージ反力逃がし質量体）２５が取り付けられている。カウンタマスフレーム２５は、後述するステージ４０の作動反力を逃がす役割を果たす。このカウンタマスフレーム２５は、Ｙ方向に沿う二つの辺部２５Ａ、２５Ｂと、Ｘ方向に沿う二つの辺部２５Ｃ、２５Ｄを備えている。カウンタマスフレーム２５の四隅の上下面（計８個）と、各固定フレーム２３、２４の内側上下面との間には、それぞれエアパッド２７が介装されている。各エアパッド２７は、多孔オリフィス材からなる長方形の部材であり、図示せぬエア源からエアが供給されるようになっている。各エアパッド２７の周囲には、排気用溝２７´が形成されている。

図示せぬエア源から各エアパッド２７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、カウンタマスフレーム２５が各固定フレーム２３、２４に対して非接触支持される。このとき噴出されたエアは、排気用溝２７´から大気開放あるいは真空排気される。このようにして、エアパッド２７のエアが、高真空に保たれているチャンバ内にあまり洩れ出さないようになっている。

カウンタマスフレーム２５の二つの辺部２５Ｃ、２５Ｄ間には、Ｙ方向に沿う互いに平行な二つのガイド３１、３３が架け渡されている。図２に示すように、各ガイド３１、３３は、内側に開口する断面コ字状に形成されており、開口（溝）側が互いに対向するように配置されている。そして、これら各ガイド３１、３３間には、後述する磁気浮上機構を介して、ステージ４０が配置されている。このステージ４０は、ガイド３１、３３に沿って、Ｙ方向にスライド可能となっている。図１の下部に示すように、ステージベース２１とカウンタマスフレーム２５の辺部２５Ｄとの間には、２個のトリムアクチュエータ２９が設けられている。このトリムアクチュエータ２９は、ステージベース２１に対するカウンタマスフレーム２５のＹ方向の微動調整を行うアクチュエータである。

ステージ４０は、熱膨張係数が０．１（ｐｐｍ／℃）以下の低熱膨張材料（例えばセラミックス等）からなる平板状の部材である。このステージ４０のＹ方向に沿う両辺部（断面コ字状のガイド３１、３３の開口内にそれぞれ配置される部分）には、可動子収容部４１、４３がそれぞれ形成されている。図中左側の可動子収容部４１は枠状に形成されており、その内部には複数の電機子コイルのユニット４５（詳しくは後述する）が収容されている。ステージ４０が低熱膨張材料からなることで、ステージ４０の電機子コイルの通電時の発熱の影響による変形が低減できる。

この左可動子収容部４１の端縁は、ガイド３１側面のスリット３１ａから外側に突出している。この左可動子収容部４１の左端部側面の全面には、Ｘミラー４２が設けられている。このＸミラー４２は、ステージベース２１の外（図１中左側）に配置された干渉計（Ｘ、θｚ、θｙ干渉計）４９に対向している。干渉計４９は、Ｘミラー４２に向けてレーザ光等を当ててその反射光を受け、ステージ４０のＸ、θｚ、θｙ方向の位置・姿勢を検出する。

一方、ステージ４０の図１中右側の可動子収容部４３は平面コ字状に形成されており、その内側には複数の電機子コイルのユニット４７（詳しくは後述する）が収容されている。そして、ステージ４０の左可動子収容部４１のＹ方向奥側とコイルユニット４５との間、ならびに、右可動子収容部４３のＹ方向奥側とコイルユニット４７との間には、Ｙ方向に伸縮可能なピエゾアクチュエータ５１、５３がそれぞれ設けられている。これらピエゾアクチュエータ５１、５３には、力センサ又は位置センサが内蔵されている。ピエゾアクチュエータ５１、５３は、力センサ又は位置センサでコイルユニット４５、４７からステージ４０に加わる力、又は、コイルユニット４５、４７に対するステージ４０の位置を検出しつつ、ステージ４０のＹ方向への微動調整を行う。

さらに、ステージ４０の左可動子収容部４１のＹ方向手前側とコイルユニット４５との間、ならびに、右可動子収容部４３のＹ方向手前側とコイルユニット４７との間には、板ばね５２、５４がそれぞれ設けられている。各ピエゾアクチュエータ５１、５３の駆動に伴うステージ４０のＹ方向への変位は、板ばね５２、５４が変形することにより許容される。

ステージ部４０の両可動子収容部４１、４３間には、厚さの薄いレチクル載置部４０ａが形成されている。図２に示すように、このレチクル載置部４０ａは、ステージ４０の下面側が掘り込まれて形成されている。レチクル載置部４０ａには、静電吸着ホルダ５５が設けられている。この静電吸着ホルダ５５により、ステージ４０下面のレチクル載置部４０ａにレチクル２が静電吸着されて保持される。

ステージ４０には、レチクル載置部４０ａよりもＹ方向奥側において、２個のＹ折り曲げミラー５６が設けられている。このＹ折り曲げミラー５６は、ステージベース２１外（図１中上側）に配置された干渉計（Ｙ、θｚ、θｘ干渉計）５９に対向している。干渉計５９は、Ｙ折り曲げミラー５６に向けてレーザ光等を当ててその反射光を受け、ステージ４０のＹ、θｚ、θｘ方向の位置・姿勢を検出する。
なお、ステージ４０のＺ方向の位置・姿勢を検出するには、例えば斜入射型オートフォーカス等を用いることができる。

次に、前述したガイド３１（３３）とステージ４０の可動子収容部４１、４３に設けられた磁気浮上機構について説明する。
まず、ガイド３１（３３）に設けられた永久磁石について説明する。
図１及び図２に示すように、ガイド３１（３３）内側の上下面には、可動子移動スキマを介して、Ｙ方向（スキャン方向：ステージ４０のスライド方向）に沿って複数並んだ棒状の永久磁石（Ｙ、θｚ駆動用主固定子）６０が設けられている。各永久磁石６０は、Ｙ方向に沿ってＮ極・Ｓ極が交互になるように配置されており（図１参照）、且つ、Ｚ方向（すなわちガイド３１（３３）内側の上下面）にはＮ極に対してＳ極が対向するように配置されている（図２参照）。

さらに、ガイド３１の開口内において、磁石６０よりも内側には、Ｙ方向に沿って延びる長い棒状の磁石（Ｘ駆動用主固定子）６５が設けられている。この永久磁石６５は、Ｎ極・Ｓ極のペアからなり、ガイド３１内側の上下面にそれぞれ設けられている。Ｚ方向（ガイド３１内側の上下面）に対向する永久磁石６５は、Ｎ極に対してＳ極が向かい合うように配置されている。

次に、ステージ４０に設けられた電機子コイル（コイルユニット４５、４７）について説明する。
前述した通り、ガイド３１の開口内に配置されるステージ４０の左可動子収容部４１内には、コイルユニット４５が設けられている。一方、ガイド３３の開口内に配置される右可動子収容部４３内には、コイルユニット４７が設けられている。

図１に示すように、コイルユニット４５は、Ｙ方向に沿って複数（図の例では計１２個）並んだ小判状のコイル（Ｙ駆動用及びＺ浮上用可動子）７１と、これらコイル７１の隣りに配置されたＹ方向に沿って延びる１個の細長いコイル（Ｘ駆動用可動子）７５を備えている。計１２個のコイル７１のうち、外側の３個ずつのコイル群７１ａはＺ浮上用及びθｘ、θｙ駆動用の可動子の役割を果たすコイルであり、両コイル群７１ａ間の６個のコイル群７１ｂはＹ、θｚ駆動用の可動子の役割を果たすコイルである。コイル７１は、ガイド３１の磁石６０に対応して配置されており、コイル７５はガイド３１の永久磁石６５に対応して配置されている。

一方、コイルユニット４７は、Ｙ方向に沿って複数（図の例では計１２個）並んだ小判状のコイル（Ｙ駆動用及びＺ浮上用可動子）８１のみを備えている。計１２個のコイル８１のうち、外側の３個ずつのコイル群８１ａはＹ駆動用の可動子の役割を果たすコイルであり、両コイル群８１ａ間の６個のコイル群８１ｂはＺ浮上用の可動子の役割を果たすコイルである。コイル８１は、ガイド３３の磁石６０に対応して配置されている。

両コイルユニット４５、４７の各コイル７１、８１の役割をまとめて述べると、ステージ４０のＹ、θｚ駆動用コイルは、コイルユニット４５のコイル群７１ｂとコイルユニット４７のコイル群８１ａであり、ステージ４０のＺ、θｘ、θｙ駆動用コイルは、コイルユニット４５のコイル群７１ａとコイルユニット４７のコイル群８１ｂである。ステージ４０の重心は、Ｙ、θｚ可動子の役割を果たす３つのコイル群７１ｂ、８１ａの駆動方向で、駆動力ベクトルにより作られる平面上又はその近傍に位置している。これにより、低重心で、駆動力ベクトルと重心のズレの小さいステージ装置が実現できる。

このような磁気浮上機構により、ステージ４０の駆動及び浮上を兼ね備えるステージガイド機構が実現できるとともに、ステージのＸ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚの６軸制御が実現できる。ステージ４０のＺ方向、θｘ方向及びθｙ方向の駆動を行う際には、干渉計４９、５９等でステージ移動量を検出し、この干渉計４９、５９からの検出信号を帰還しながら、Ｚ、θｘ、θｙ駆動用のコイル群７１ａとコイル群８１ｂに独立に通電してステージ４０のＺ方向、θｘ方向及びθｙ方向の位置決め制御を行う。

ステージ４０が浮上する際には、磁石６０とコイル群７１ａ、８１ｂとの間の静的な磁気吸引力によって、ステージ４０の自重をキャンセルすることができる。しかしながら、そもそも磁気吸引力は負のばね特性を有しているため、静的な釣り合いのみではステージ４０が不安定な状態となる可能性がある。そこで、前述のように独立にサーボ電流を通電して位置決めすることで、ステージ４０を動的に浮上させて安定化を図ることができる。

以下、本発明の実施例２に係るステージ装置について述べる。
図３は、同ステージ装置の全体構成を示す斜視図である。
図４は、同ステージ装置の主要部（図３からフレーム等を取り除いた状態）を示す斜視図である。
図５は、同ステージ装置の駆動部（図４からカウンタマス等を取り除いた状態）を示す斜視図である。
図６は、同ステージ装置の駆動部（図５から上部リニアモータ固定子を取り除いた状態）を示す斜視図である。
図７は、同ステージ装置の駆動部の内部構成（図６から一方のリニアモータ可動子を取り除いた状態）を示す斜視図である。

図３及び図４に示すように、実施例２におけるステージ装置１２０は、実施例１と同様の四角い枠状をしたカウンタマスフレーム（ステージ反力逃がし質量体）１２５を備えている。このカウンタマスフレーム１２５は、Ｙ方向に沿う二つの辺部１２５Ａ、１２５Ｂと、Ｘ方向に沿う二つの辺部１２５Ｃ、１２５Ｄを有する。図４にわかり易く示すように、カウンタマスフレーム１２５の辺部１２５Ａと１２５Ｂには、カウンタマスフレーム１２５のＹ方向の微動調整を行う２個のトリムアクチュエータ１１６、１１７と、カウンタマスフレーム１２５のＸ方向の微動調整を行う１個のトリムアクチュエータ１１９が設けられている。

図３に示すように、このカウンタマスフレーム１２５は、カウンタマスベース１１０に支持されている。このカウンタマスベース１１０は、鉤状（断面コ字状）をした４個の保持部１１１を備えている。カウンタマスベース１１０は、保持部１１１がカウンタマスフレーム１２５の辺部１２５Ａ、１２５Ｂに外側から係合し、カウンタマスフレーム１２５をＹ方向に摺動可能に支持している。カウンタマスフレーム１２５の辺部１２５Ａ、１２５Ｂの上下面と、これに対向する保持部１１１内側の上下面との間には、前述と同様のエアパッド（図示されず）が介装されている。Ｘ方向に対向する２つの保持部１１１上には、プレート１１３が架け渡されている。

カウンタマスフレーム２５の二つの辺部１２５Ｃ、１２５Ｄ間には、Ｙ方向に沿って互いに平行な二つのガイド１３１、１３３が架け渡されている。図５にわかりやすく示すように、各ガイド１３１、１３３は、一対の帯状をした板体（上ガイド板１３１Ａ・下ガイド板１３１Ｂ、上ガイド板１３３Ａ・下ガイド板１３３Ｂ）からなる。そして、これら各ガイド１３１、１３３間には、後述する磁気浮上機構を介して、ステージ１４０が配置されている。このステージ１４０は、ガイド１３１、１３３に沿って、Ｙ方向にスライド可能となっている。ステージ１４０は、前述と同様に熱膨張係数が０．１（ｐｐｍ／℃）以下の低熱膨張材料（例えばセラミックス等）からなる。

図７に最もわかり易く示すように、ステージ１４０のＹ方向に沿う両辺部（上ガイド板１３１Ａと下ガイド板１３１Ｂ間、上ガイド板１３３Ａと下ガイド板１３３Ｂ間にそれぞれ配置される部分）には、左可動子収容部１４１、右可動子収容部１４３がそれぞれ形成されている。両可動子収容部１４１、１４３は、平面コ字状に形成されており、その内側には複数の永久磁石のユニット１４５（図７参照）、１４７（図８参照）（ともに詳しくは後述する）が収容されている。

左可動子収容部１４１の側面には、ガイド１３１から外側に露出したＸミラー１４２が取り付けられている。このＸミラー１４２は、図示せぬ干渉計（Ｘ、θｚ、θｙ干渉計）に対向している。この干渉計は、前述と同様にして、Ｘミラー１４２に向けてレーザ光等を当て、その反射レーザを受けることにより、ステージ１４０のＸ、θｚ、θｙ方向の位置・姿勢を検出する。

ステージ１４０の両可動子収容部１４１、１４３のＹ方向奥側と永久磁石ユニット１４５との間、ならびに、右可動子収容部１４３のＹ方向奥側と永久磁石ユニット１４７との間には、Ｙ方向に伸縮可能なピエゾアクチュエータ１５３がそれぞれ設けられている（図７ではピエゾアクチュエータ１５３のみを示す）。これらのピエゾアクチュエータ１５３は、前述と同様に力センサ又は位置センサが内蔵されており、ステージ１４０のＹ方向への微動調整を行う。

さらに、ステージ１４０の左可動子収容部１４１のＹ方向手前側と永久磁石ユニット１４５との間、ならびに、右可動子収容部１４３のＹ方向手前側と永久磁石ユニット１４７との間には、板ばね１５４がそれぞれ設けられている（図７では板ばね１５４のみを示す）。これらの板ばね１５４の役割も前述と同様であって、ピエゾアクチュエータ１５３の駆動に伴うステージ１４０のＹ方向への変位は、板ばね１５４が変形することにより許容される。

ステージ部１４０の両可動子収容部１４１、１４３間には、孔１４０ａが形成されている。この孔１４０ａ内は、静電吸着ホルダ１５５が設けられている。この静電吸着ホルダ１５５の上面に、図示せぬレチクルが静電吸着されて保持される。さらに、ステージ１４０のＹ方向奥側面には、Ｙミラー１５２が設けられている。このＹミラー１５２は、図示せぬ干渉計（Ｙ、θｚ、θｘ干渉計）に対向している。この干渉計は、前述と同様にして、Ｘミラー１５２に向けてレーザ光等を当ててその反射光を受け、ステージ１４０のＹ、θｚ、θｘ方向の位置・姿勢を検出する。なお、ステージ１４０のＺ方向の位置Ｚ・姿勢θｘ、θｙを検出するには、例えば斜入射型オートフォーカス等を用いることができる。

次に、前述したガイド１３１（１３３）とステージ１４０の可動子収容部１４１、１４３に設けられた磁気浮上機構及び冷却機構について説明する。
図８は、図７のＡ方向から見た模式的矢視図であって、ステージ磁気浮上機構ならびに冷却機構を示す図である。
図９は、上下の電機子コイル（固定子）とそれらの間の永久磁石（可動子）の配置状態を示す図である。
図１０は、磁気浮上メカニズムを説明するためのグラフである。
図１１は、図９の変形例であって、上下の永久磁石（固定子）とそれらの間の電機子コイル（可動子）の配置状態を示す図である。

まず、ガイド１３１（１３３）に設けられた電機子コイルについて説明する。
図６及び図７に示すように、ガイド１３１（１３３）の上下ガイド板１３１Ａ、１３１Ｂ（１３３Ａ、１３３Ｂ）の内側面には、Ｙ方向（スキャン方向）に沿って複数並んだ小判状の電機子コイル（Ｙ、θｚ駆動用主固定子）１７１が設けられている。さらに、ガイド１３３において、電機子コイル１７１の隣りには、Ｙ方向に沿って延びる長い電機子コイル（Ｘ駆動用主固定子）１７５が設けられている。

図８及び図９に示すように、各電機子コイル１７１は、上下ガイド板１３１Ａ、１３１Ｂ（１３３Ａ、１３３Ｂ）内面に固定される推力用コイル（Ｕ、Ｖ、Ｗコイル）１７４と、この推力用コイル１７４に積層される磁気浮上用コイル（Ａ、Ｂ、Ｃコイル）１７３とからなる。これら３つのＵ、Ｖ、Ｗコイルと３つのＡ、Ｂ、Ｃコイルとで、１つのコイルユニットが構成される。Ｕ、Ｖ、ＷコイルとＡ、Ｂ、Ｃコイルとの間には、後述する冷却機構のヒートパイプ１９０が介装されている。

次に、ステージ１４０に設けられた永久磁石ユニット１４５、１４７について説明する。
図７及び図９に示すように永久磁石ユニット１４５（１４７）内には、Ｙ方向（スキャン方向）に沿って等間隔おきに複数並んだ棒状の永久磁石（Ｙ、θｚ駆動用可動子）１６０が設けられている。図９に示すように、各磁石１６０は、ユニットプレート１４５´（１４７´）の上下面に固定された固定磁石１６２と、この固定磁石１６２に積層された積層磁石１６１とが一体化されてなる。固定磁石１６２と積層磁石１６１は、一方がＮ極で他方がＳ極となっている。そして、Ｙ方向に沿って隣り合う各磁石１６０は、固定磁石１６２のＮ極・Ｓ極と積層磁石１６１のＮ極・Ｓ極とが交互になるように配置されており、ユニットプレート１４５´（１４７´）を挟んでＺ方向に対向する磁石１６０の固定磁石１６２は、Ｎ極に対してＳ極が向かい合うように配置されている。

図７に示すように、右可動子収容部１４３内のユニット１４５において、各永久磁石１６０の外側には、Ｙ方向に沿って延びる長い棒状の磁石（Ｘ駆動用可動子）１６５が設けられている。この永久磁石１６５は、Ｎ極・Ｓ極のペアからなり、ユニットプレート１４５´の上下面にそれぞれ設けられている。ユニットプレート１４５´を挟んでＺ方向に対向する磁石１６５は、Ｎ極に対してＳ極が向かい合うように配置されている。

次に、冷却機構について説明する。
図８に最もわかり易く示すように、ガイド１３１側の推力用コイル（Ｕ、Ｖ、Ｗコイル）１７３と磁気浮上用コイル（Ａ、Ｂ、Ｃコイル）１７４との間には、ヒートパイプ１９０が介装されている。このヒートパイプ１９０の端部１９０ａは、上下ガイド板１３１Ａ、１３１Ｂのそれぞれの側部に設けられた冷却媒体流路１９１内に差し込まれている。冷却媒体流路１９１の中空部１９１´は、水あるいはフロリナート系冷却液等の冷却媒体が流れる流路となっている。冷却媒体流路１９１の側面には、冷却媒体の導排出管１９３が取り付けられている。この管１９３の先には、冷却媒体循環ポンプ（図示されず）が繋がっている。冷却媒体流路１９１の中空部１９１´内において、ヒートパイプ１９０の端部１９０ａは冷却媒体に晒されており、電機子コイル１７１の通電に伴う発熱がヒートパイプ１９０を介して冷却媒体で除熱されるようになっている。

ここで、図９に示す電機子コイル１７１と永久磁石１６０の位置関係について述べる。
図９に示すように、本実施の形態では、まず所定の磁気浮上条件に基づきポールピッチＰＰを決める。そして、このポールピッチＰＰから、コイルユニットピッチＵＰとコイルピッチＣＰとを、それぞれＵＰ＝２×ＰＰ、ＣＰ＝（２／３）×ＰＰを満たすように決める。永久磁石１６０の幅ＭＷと電機子コイルの幅ＣＷは、それぞれＭＷ＝０．４×ＰＰ、ＣＷ＝ＰＰ／６を満たすように取る。

図１０において、（Ａ）の（１）はコイルユニットの電機子コイルにより生じるＺ磁束密度を示し、（Ａ）の（２）はＹ駆動に対しコイルユニットに付加する励磁電流を示し、（Ａ）の（３）はステージのＹ駆動力を示す。一方、（Ｂ）の（１）はコイルユニットの電機子コイルにより生じるＹ磁束密度を示し、（Ｂ）の（２）はＺ浮上に対しコイルユニットに付加する励磁電流を示し、（Ｂ）の（３）はステージのＺ浮上力を示す。なお、図１０（Ａ）のグラフにおいて、実線波形はコイルユニットのコイルＵを表し、二点鎖線波形はコイルユニットのコイルＶを表し、破線波形はコイルユニットのコイルＷを表す。一方、図１０（Ｂ）のグラフにおいて、実線波形はコイルユニットのコイルＡを表し、二点鎖線波形はコイルユニットのコイルＢを表し、破線波形はコイルユニットのコイルＣを表す。

図１０（Ａ）のグラフ（２）の関係で各コイルＵ、Ｖ、Ｗに励磁電流を付加すると、その電流値に応じて、図１０（Ａ）のグラフ（１）の関係で磁束が発生する。そこで、前述の通りにポールピッチＰＰ、コイルユニットピッチＵＰ、コイルピッチＣＰを取り決めることで、（Ａ）のグラフ（３）のようなコイルＵ、Ｖ、Ｗの電磁力ＦＵ、ＦＶ、ＦＷにより、ステージをＹ方向に駆動させるＹ駆動力Ｆｙ（ローレンツ電磁力）が発生する。

これと同様にして、図１０（Ｂ）のグラフ（２）の関係で各コイルＡ、Ｂ、Ｃに励磁電流を付加すると、その電流値に応じて、図１０（Ｂ）のグラフ（１）の関係で磁束が発生する。この場合は、図１０（Ｂ）のグラフ（３）のようなコイルＡ、Ｂ、Ｃの電磁力ＦＡ、ＦＢ、ＦＣにより、ステージをＺ方向に浮上させるＺ浮上力Ｆｚ（ローレンツ電磁力）が発生する。ステージの浮上位置が不安定な場合は、各コイルＡ、Ｂ、Ｃにサーボ電流を通電することで、実施例１と同様にステージを動的に浮上させて安定化を図ることができる。

なお、図１１に示す例は、ガイド１３１（１３３）に永久磁石が設けられ、ステージ１４０に電機子コイルが設けられた例を示す。このような配置例は、実施例１で述べたものと同様である。この図１１に示す場合も、前述した図９の場合と同様の原理でステージのＹ駆動・Ｚ浮上を行うことができる。

本発明の実施例１に係るステージ装置の内部構成を示す平面図である。 図１のステージ装置の断面図である。 同ステージ装置の全体構成を示す斜視図である。 同ステージ装置の主要部（図３からフレーム等を取り除いた状態）を示す斜視図である。 同ステージ装置の駆動部（図４からカウンタマス等を取り除いた状態）を示す斜視図である。 同ステージ装置の駆動部（図５から上部リニアモータ固定子を取り除いた状態）を示す斜視図である。 同ステージ装置の駆動部の内部構成（図６から一方のリニアモータ可動子を取り除いた状態）を示す斜視図である。 図７のＡ方向から見た模式的矢視図であって、ステージ磁気浮上機構ならびに冷却機構を示す図である。 上下の電機子コイル（固定子）とそれらの間の永久磁石（可動子）の配置状態を示す図である。 磁気浮上メカニズムを説明するためのグラフである。 図９の変形例であって、上下の永久磁石（固定子）とそれらの間の電機子コイル（可動子）の配置状態を示す図である。 ＥＵＶＬ露光装置の一例（４枚投影系）を示す概略構成図である。

符号の説明

ＩＬ 照明系 ＢＤ ボディ
２ レチクル ３ レチクルステージ
２０ ステージ装置
２１ ステージベース ２３、２４ 固定フレーム
２５ カウンタマスフレーム（ステージ反力逃がし質量体）
２７ エアパッド ２９ トリムアクチュエータ
３１、３３ ガイド ４０ ステージ
４１、４３ 可動子収容部 ４２ Ｘミラー
４５、４７ コイルユニット ４９ 干渉計
５１、５３ ピエゾアクチュエータ ５２、５４ 板ばね
５５ 静電吸着ホルダ ５６ Ｙ折り曲げミラー
５９ 干渉計 ６０、６５ 永久磁石
７１、７５、８１ コイル
１１０ カウンタマスベース
１１６、１１７、１１９ トリムアクチュエータ
１２０ ステージ装置
１２５ カウンタマスフレーム（ステージ反力逃がし質量体）
１３１、１３３ ガイド １４０ ステージ
１４１、１４３ 可動子収容部 １４２ Ｘミラー
１４５、１４７ 永久磁石ユニット １５２ Ｙミラー
１５３ ピエゾアクチュエータ １５４ 板ばね
１５５ 静電吸着ホルダ １６０、１６５ 永久磁石
１６１ 積層磁石 １６２ 固定磁石
１７１、１７５ 電機子コイル
１７３ 磁気浮上用コイル（Ａ、Ｂ、Ｃコイル）
１７４ 推力用コイル（Ｕ、Ｖ、Ｗコイル）
１９０ ヒートパイプ １９１ 冷却媒体流路

Claims (6)

1. 主走査方向（Ｙ方向）、該Ｙ方向の直交方向（Ｘ方向）、ＸＹ平面の法線方向（Ｚ方向）、前記Ｘ方向周り（θｘ方向）、前記Ｙ方向周り（θｙ方向）及び前記Ｚ方向周り（θｚ方向）にステージを移動・位置決めするステージ装置であって、
   前記Ｙ方向に並行して延びる２本のガイドと、
   該ガイドの各々に配列された、Ｙ方向駆動用且つθｚ方向駆動用リニアモータ、及び、Ｚ方向駆動用（浮上用）且つθｘ方向駆動用、θｙ方向駆動用電磁アクチュエータの兼用の主固定子と、
   前記ガイドに配置された、Ｘ方向駆動用リニアモータ固定子と、
   前記ステージに配置されたＹ方向駆動用且つθｚ方向駆動用リニアモータ可動子（Ｙ、θｚ可動子）と、
   前記ステージに配置されたＸ方向駆動用リニアモータ可動子（Ｘ可動子）と、
   前記ステージに配置されたＺ方向駆動用且つθｘ方向駆動用、θｙ方向駆動用アクチュエータ可動子（Ｚ、θｘ、θｙ可動子）と、
   を備え、
   前記主固定子が、前記Ｚ方向に可動子移動スキマを介して対面しており且つ前記Ｙ方向に沿って配列されている、前記対面する同士及び前記Ｙ方向に隣り合う同士も逆極性の、磁石のペアの列を有し、
   前記Ｙ、θｚ可動子と前記Ｚ、θｘ、θｙ可動子は、Ｙ、θｚコイル群とＺ、θｘ、θｙコイル群を隣接させて配置した、第一のコイルユニット及び第二のコイルユニットを構成し、前記第一のコイルユニットに配置された前記Ｙ、θｚコイル群は、前記Ｚ、θｘ、θｙコイル群の間に配置され、前記第二のコイルユニットに配置された前記Ｚ、θｘ、θｙコイル群は、前記Ｙ、θｚコイル群の間に配置され、
   前記第一のコイルユニットと前記第二のコイルユニットは、夫々が前記主固定子と対面して配置されることを特徴とする磁気浮上式ステージ装置。
2. 前記ＸＹ平面の法線方向（Ｚ方向）、前記Ｘ方向周り（θｘ方向）及び前記Ｙ方向周り（θｙ方向）の前記ステージの移動量を検出する複数のセンサ（レーザ干渉計又はオートフォーカス等）を備え、
   前記ステージのＺ方向、θｘ方向及びθｙ方向の移動量を前記センサで検出し、該センサからの検出信号を帰還しながら前記主固定子又は可動子の電機子コイルに独立に通電して、前記ステージのＺ方向、θｘ方向及びθｙ方向の位置決め制御を行うことを特徴とする請求項１記載の磁気浮上式ステージ装置。
3. 前記ステージと前記各リニアモータ可動子との間に、
   力センサ又は位置センサが内蔵された、前記Ｙ方向に伸縮可能なピエゾ素子と、
   該ピエゾ素子の変位を許容する複数の板ばねと、
   を備え、
   前記ピエゾ素子を駆動することにより前記ＸＹ平面上で前記ステージの位置・姿勢の微調整を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の磁気浮上式ステージ装置。
4. 前記ステージが、熱膨張係数が０．１（ｐｐｍ／℃）以下の低熱膨張材料からなることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の磁気浮上式ステージ装置。
5. 感応基板上にエネルギ線を選択的に照射してパターンを形成する露光装置であって、
   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１〜４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。
6. 所望のパターンが形成された原版を載置する原版ステージと、
   前記原版をエネルギ線照明する照明光学系と、
   前記パターンを転写する感応基板を載置する感応基板ステージと、
   前記原版を通過したエネルギ線を前記感応基板上に投影結像させる投影光学系と、を具備し、
   前記両ステージをある方向（Ｙ方向）に同期連続移動（同期スキャン）させながら露光する露光装置であって、
   前記原版ステージが前記請求項１〜４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。

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