JP5667451B2

JP5667451B2 - ステージ装置

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Description

本発明は、ステージ装置に関し、特に、電子ビーム露光装置等の真空内でのエアベアリングを使用したステージ装置に関する。

電子ビーム露光装置や電子顕微鏡では、試料をステージに載置して露光処理や試料の観察・測定が行われている。例えば、電子ビーム露光装置では、露光データに従ってウエハ上の所要の位置を露光するようにステージを移動させながら露光処理を行っている。

機械ベアリングを備えたステージとして、クロスローラ型の転がり方式のステージがある。このステージは、移動側ステージと固定側ステージとの間の軌道内に存在する複数個のコロが転がる（回転する）ことによってステージが移動する。

このような機械ベアリングを備えたステージを使用する場合にパーティクルが軌道上に存在すると、ステージ機構に歪みを生じさせ、ステージ位置の検出精度が劣化し、正確なステージ位置を検出することが困難になる。また、パーティクルは軌道上に一定箇所に存在するだけでなく、ステージの移動とともにパーティクルも移動するため、ステージ位置が変化する箇所を再現又は予測することができず、ステージ位置の補正を行うことが困難になる。さらに、軌道の潤滑や発塵防止のために、軌道やコロに真空用オイルを塗布した場合、オイルが存在している間はある程度のパーティクルの除去は可能であるが、オイルが切れたときに急激な発塵が発生することもある。

機械ベアリングを使用したステージに対して、エアベアリングを使用した技術も検討され使用されてきている。例えば、特許文献１には、フォトリソグラフィ工程で使用される露光装置において可動部材をベース部材に対して流体軸受（気体軸受）を使って非接触支持したステージ装置が記載されている。

このようなエアベアリングを使用することにより機械的なベアリングに比べて軌道上のパーティクルによるステージの精度劣化は抑制することができる。

一方、エアベアリングステージを使用する場合、ステージ機構を駆動させるためにエアを供給することが必要となる。通常、エア発生装置で発生させたエアは真空中で使用できるＰＴＦＥ系の材料を用いて作られたエア配管を通してステージに供給される。

従って、ステージが移動するたびに、このチャンバ内のエア配管も移動し、エア配管に屈曲する部分が発生する。ステージの移動範囲は限定されているため、エア配管が屈曲する部分もある程度同じところになり、屈曲の回数により配管が疲労して破断するおそれがある。そのため、ステージ自体には故障がない場合であっても、エア配管の欠陥によってステージ装置全体の寿命が決定されてしまうことになる。例えば、現状ではステージ装置を連続使用したとき、数年でこの配管を交換することが必要とされている。
特開２００６−６６５８９号公報

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みなされたものであり、目的は、ステージ移動に伴うエア配管の屈曲による破断のおそれのないステージ装置を提供することである。

上述した従来技術の課題を解決するため、真空内で使用されるステージ装置であって、気体を発生させる気体供給部と、上下左右の４面を有するベース部材と、前記ベース部材の各面と対向する面を有して前記ベース部材を囲んで移動可能に配置される枠上に形成されたスライダと、前記スライダの前記ベース部材と対向する面に形成され、前記スライダを前記ベース部材から浮上させるためのエアを蓄える空気室と、前記ベース部材の内部に形成され、前記気体供給部で発生された気体を流入させる流入口と、前記スライダの空気室に前記気体を供給する流出口とをつなぐエア流通路と、前記スライダの移動方向と直角な方向に延びる第１の固定部材と、前記第１の固定部材の周囲に枠状に形成され、前記ベース部材と接続された第１のスライダと、前記第１の固定部材の内部に形成され、前記ベース部材又は前記スライダに供給される気体が通る第１の固定部材内部の流通路と、前記第１のスライダ内部に形成され、前記ベース部材の流入口と接続された第１のスライダ内部の流通路と、前記第１のスライダの前記第１の固定部材に対向する面に形成され、前記第１のスライダの移動方向に伸びるとともに、前記第１のスライダ内部の流通路に繋がった第１のエア供給溝と、前記第１のスライダの前記第１のエア供給溝が形成された面と反対側の面に形成され、前記第１の固定部材に関して前記第１のエア供給溝と対称に形成された第３のエア供給溝と、を備え、前記第１の固定部材内部の流通路は前記第１の固定部材の内部の所定位置で分岐して前記第１の固定部材を貫通して前記第１のエア供給溝及び前記第３のエア供給溝とに繋がっているステージ装置が提供される。

この形態に係るステージ装置において、前記ベース部材は、前記スライダの前記空気室を第１の空気室と第２の空気室に分割する受圧板を備え、前記スライダ移動用エア流通路は第１のスライダ移動用エア流通路と第２のスライダ移動用エア流通路とを備え、前記第１のスライダ移動用エア流通路の流出口から前記第１の空気室にエアを供給し、前記第２のスライダ移動用エア流通路の流出口から前記第２の空気室にエアを供給するようにしてもよく、前記スライダは、前記ベース部材と対向する面であって、当該スライダの上下又は左右の対向する両面に前記空気室を有し、前記ベース部材の内部に形成された前記スライダ移動用エア流通路の流出口は前記両面の空気室にそれぞれエアを供給するようにしてもよい。

また、この形態に係るステージ装置において、前記スライダは、当該スライダを前記ベース部材から浮上させるためのエアを放出するエアパッドと、前記エアパッドにエアを供給するエア供給溝と、を有し、前記ベース部材は、前記気体供給部で発生された空気を供給する供給口と、前記エア供給溝にエアを流入させるためのエア流出口とを結ぶエアパッド用エア流通路が設けられているようにしてもよく、前記流入されたエアは、前記スライダの前記エアパッドに前記スライダ内部の流通路を通して供給されるようにしてもよい。

また、この形態に係るステージ装置において、さらに、前記スライダの移動方向と直角な方向に同時に移動する第１のスライダと第２のスライダとを有し、前記ベース部材の一方の端部が前記第１のスライダに接続されるとともに他方の端部が前記第２のスライダに接続され、前記ベース部材の内部の前記スライダ移動用エア流通路又は前記エアパッド用エア流通路に供給するエアは、前記第１のスライダ及び前記第２のスライダを介して供給されるようにしてもよく、前記第１のスライダは、第１の固定部材の周囲に枠状に形成され、前記第２のスライダは、第２の固定部材の周囲に枠状に形成され、前記第１のスライダの内部の流通路と前記第１の固定部材の内部に形成された流通路とが前記第１のスライダの前記第１の固定部材に対向する面に形成された第１のエア供給溝を介して接続され、前記第２のスライダの内部の流通路と前記第２の固定部材の内部に形成された流通路とが前記第２のスライダの前記第２の固定部材に対向する面に形成された第２のエア供給溝を介して接続されるようにしてもよく、前記第１の固定部材の内部に形成された流通路は前記第１のスライダの移動する方向に形成され、所定の位置で当該流通路と直角方向に分岐して当該第１の固定部材を貫通し、前記第２の固定部材の内部に形成された流通路は前記第２のスライダの移動する方向に形成され、所定の位置で当該流通路と直角方向に分岐して当該第２の固定部材を貫通し、前記第１のスライダには、前記第１のエア供給溝と前記第１の固定部材に対して対称に第３のエア供給溝が形成され、前記第２のスライダには、前記第２のエア供給溝と前記第２の固定部材に対して対称に第４のエア供給溝が形成されているようにしてもよく、さらに、前記ベース部材と前記第１のスライダとの間の第１のエンドプレートと、前記ベース部材と前記第２のスライダとの間の第２のエンドプレートと、を備え、前記ベース部材の内部に形成したスライダ移動用エア流通路は第１のスライダ移動用エア流通路と第２のスライダ移動用エア流通路とを備え、前記第１の固定部材の内部に形成された流通路と前記第１のスライダの内部に形成された流通穴と前記第１のエンドプレートに形成された流通穴とを介して前記第１のスライダ移動用エア流通路にエアが供給され、前記第２の固定部材の内部に形成された流通路と前記第２のスライダの内部に形成された流通穴と前記第２のエンドプレートに形成された流通穴とを介して前記第２のスライダ移動用エア流通路にエアが供給されるようにしてもよい。

また、この形態に係るステージ装置において、前記第１のスライダの内部に形成されたエアパッド用エア流通路と前記第１の固定部材の内部に形成されたエアパッド用エア流通路とが前記第１のスライダの前記第１の固定部材に対向する面に形成されたエア供給溝を介して接続されるようにしてもよく、前記第１の固定部材の内部に形成されたエアパッド用エア流通路は前記第１のスライダの移動する方向に形成され、所定の位置で当該エアパッド用エア流通路と直角方向に分岐して当該第１の固定部材を貫通し、前記第１のスライダには、前記エア供給溝と前記第１の固定部材に対して対称にエア供給溝が形成されているようにしてもよく、さらに、前記ベース部材と前記第１のスライダとの間のエンドプレートを備え、前記ベース部材のエアパッド用エア流通路には、前記第１の固定部材の内部に形成されたエアパッド用エア流通路と前記第１のスライダの内部に形成された流通穴と前記第１のエンドプレートに形成された流通穴とを介してエアが供給されるようにしてもよい。

本発明のステージ装置によれば、ベース部材の内部にエアの流通路を備えている。そして、この流通路を通して、スライダの移動のために必要なエアやスライダの浮上のために必要なエアをスライダの空気室やエア供給溝に供給するようにしている。これにより、真空チャンバ内にエア供給用の配管を設ける必要がなくなり、配管の破断による危険をなくすとともに、ステージの寿命が配管に依存することもなくなる。

電子ビーム露光装置の構成図である。図１に係る露光装置の試料ステージ装置のブロック構成図である。試料ステージ装置のエアベアリングを使用した主要部の概略構成図である。試料ステージ装置のエアベアリングを使用した主要部を説明する図（その１）である。試料ステージ装置のエアベアリングを使用した主要部を説明する図（その２）である。従来の試料ステージ装置におけるエア供給管を説明する図である。角軸内部にスライダを移動させるためのエアサーボ用のエアの流通路を設けた試料ステージ装置の主要部の概略構成図である。角軸内部にエアパッドに供給するエアの流通路を設けた試料ステージ装置の主要部の概略構成図である。ＸＹ方向に移動するＸＹ試料ステージ装置の概略構成図である。図１０（ａ）は、従来のＸＹ試料ステージ装置におけるエア供給管の配置を説明する図であり、図１０（ｂ）は、角軸内部にエア供給用の流通路を配置した概略構成図である。移動軸と固定軸との間でのエアの流通路の構成を説明する概略図である。

（１）第１の実施形態
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１から図５を参照して、電子ビーム露光装置の構成及びステージ装置について説明をする。次に、図６から図８を参照して、真空チャンバ内にエアの供給管を必要としないエア供給機構について説明する。なお、以下の説明ではステージ装置を電子ビーム露光装置に使用する場合を対象としているが、それに限らず、他の真空装置、例えば電子顕微鏡のステージに適用可能なことは勿論である。

（電子ビーム露光装置及びステージ装置の構成）
図１は、本実施形態に係るステージ装置を備えた電子ビーム露光装置の概略構成図である。

電子ビーム露光装置は、露光部１００と、露光部１００を制御するデジタル制御部２００とに大別される。このうち、露光部１００は、電子ビーム生成部１３０、マスク偏向部１４０及び基板偏向部１５０によって構成される。

電子ビーム生成部１３０では、電子銃１０１から生成した電子ビームＥＢが第１電磁レンズ１０２で収束作用を受けた後、ビーム整形用マスク１０３の矩形アパーチャ１０３ａ（第１の開口）を透過し、電子ビームＥＢの断面が矩形に整形される。

矩形に整形された電子ビームＥＢは、第２電磁レンズ１０５ａ及び第３電磁レンズ１０５ｂによってビーム整形用の第２マスク１０６上に結像される。そして、電子ビームＥＢは、可変矩形整形用の第１静電偏向器１０４ａ及び第２静電偏向器１０４ｂによって偏向され、ビーム整形用の第２のマスク１０６の矩形アパーチャ１０６ａ（第２の開口）を透過する。第１の開口と第２の開口により電子ビームＥＢが成形される。

その後、電子ビームＥＢは、マスク偏向部１４０の第４電磁レンズ１０７ａ及び第５電磁レンズ１０７ｂによってステンシルマスク１１１上に結像される。そして、電子ビームＥＢは、第３静電偏向器１０８ａ（第１選択偏向器とも呼ぶ）及び第４静電偏向器１０８ｂ（第２選択偏向器とも呼ぶ）により、ステンシルマスク１１１に形成された特定のパターンＰに偏向され、その断面形状がパターンＰの形状に成形される。このパターンはキャラクタープロジェクション（ＣＰ）パターンとも呼ぶ。第５電磁レンズ１０７ｂの付近に配置した偏向器１０８ｂによって、電子ビームＥＢは光軸と平行にステンシルマスク１１１に入射するように曲げられる。

なお、ステンシルマスク１１１はマスクステージに固定されるが、そのマスクステージは水平面内において移動可能であって、第３静電偏向器１０８ａ及び第４静電偏向器１０８ｂの偏向範囲（ビーム偏向領域）を超える部分にあるパターンＰを使用する場合、マスクステージ１２３を移動することにより、そのパターンＰをビーム偏向領域内に移動させる。

ステンシルマスク１１１の下に配された第６電磁レンズ１１３は、その電流量を調節することにより、電子ビームＥＢを遮蔽板１１５付近で平行にする役割を担う。

ステンシルマスク１１１を通った電子ビームＥＢは、第５静電偏向器１１２ａ（第１振り戻し偏向器とも呼ぶ）及び第６静電偏向器１１２ｂ（第２振り戻し偏向器とも呼ぶ）の偏向作用によって光軸に振り戻される。第６電磁レンズ１１３の付近に配置した偏向器１１２ｂによって、電子ビームＥＢは軸上に乗った後、軸に沿って進むように曲げられる。

マスク偏向部１４０には、第１、第２補正コイル１０９、１１０が設けられており、それらにより、第１〜第６静電偏向器１０４ａ、１０４ｂ、１０８ａ、１０８ｂ、１１２ａ、及び１１２ｂで発生するビーム偏向収差が補正される。

その後、電子ビームＥＢは、基板偏向部１５０を構成する遮蔽板１１５のアパーチャ１１５ａ（ラウンドアパーチャ）を通過し、投影用電磁レンズ１２１によって基板上に投影される。これにより、ステンシルマスク１１１のパターンの像が、所定の縮小率、例えば１／１０の縮小率で基板に転写されることになる。

基板偏向部１５０には、第７静電偏向器１１９と第８静電偏向器１２０とが設けられており、これらの偏向器１１９、１２０によって電子ビームＥＢが偏向され、基板の所定の位置にステンシルマスクのパターンの像が投影される。

更に、基板偏向部１５０には、基板上における電子ビームＥＢの偏向収差を補正するための第３、第４補正コイル１１７、１１８が設けられる。

一方、デジタル制御部２００は、電子銃制御部２０２、電子光学系制御部２０３、マスク偏向制御部２０４、マスクステージ制御部２０５、ブランキング制御部２０６、基板偏向制御部２０７及びウエハステージ制御部２０８を有する。これらのうち、電子銃制御部２０２は電子銃１０１を制御して、電子ビームＥＢの加速電圧やビーム放射条件等を制御する。また、電子光学系制御部２０３は、電磁レンズ１０２、１０５ａ、１０５ｂ、１０７ａ、１０７ｂ、１１３、及び１２１への電流量等を制御して、これらの電磁レンズが構成される電子光学系の倍率や焦点位置等を調節する。ブランキング制御部２０６は、ブランキング偏向器への印加電圧を制御することにより、露光開始前から発生している電子ビームＥＢを遮蔽板１１５上に偏向し、露光前に基板上に電子ビームＥＢが照射されるのを防ぐ。

基板偏向制御部２０７は、第７静電偏向器１１９及び第８静電偏向器１２０への印加電圧を制御することにより、基板の所定の位置上に電子ビームＥＢが偏向されるようにする。ウエハステージ制御部２０８は、駆動部１２５の駆動量を調節して基板１２を水平方向に移動させ、基板１２の所望の位置に電子ビームＥＢが照射されるようにする。上記の各部２０２〜２０８は、ワークステーション等の統合制御系２０１によって統合的に制御される。

図２は、露光装置において試料が載置されるステージ装置のブロック構成図を示している。ステージ装置は、気体供給部２１、圧力調整部２２、ウエハステージ２３、レーザ干渉計２４、駆動部２５及びウエハステージ制御部２０８で基本構成される。

気体供給部２１は、クリーンドライエア（ＣＤＡ）を生成して送出する。

圧力調整部２２は、気体供給部２１とウエハステージ２３のエアベアリングの供給口とを接続する気体流路の途中に設けられ、エアベアリングに供給する気体の圧力を調整する。気体圧力を調整して設定圧力で気体を吐出する電空レギュレータを含んで構成されている。

レーザ干渉計２４は、ウエハステージ２３の側面及びその側面に直交した側面にそれぞれ対向した位置に配置され、ウエハステージ２３の位置及びウエハステージ２３の姿勢（ピッチング、ローリング、ヨーイング）を直交する２方向から測定する。また、ウエハステージ２３の上方に設けられ、ウエハステージ２３の高さの測定に使用される。

ウエハステージ制御部２０８は、これら気体供給部２１、圧力調整部２２、レーザ干渉計２４を制御して、ウエハステージ２３の位置を高精度に検出する。

図３は、試料ステージ装置のうちエアベアリングを使用したステージの主要部の概略構成図である。

試料ステージは、真空チャンバ３７内に配置された試料が載置されるスライダ３５及び角軸（ベース部材）３４で構成されている。スライダ３５は角軸３４の周囲を囲むように枠状に構成され、角軸３４に沿って移動する。角軸３４は、除振台３１の上に配置された石定盤３２の上に支持棒３３を介して設置されている。

図４は、エアサーボステージを説明する図である。ターボ分子ポンプ４２によって気体を排出された真空チャンバ３７内には、角軸３４とスライダ３５が設置されている。
スライダ３５は、気体供給部２１から送られてくるエアを角軸３４に放出するためのエアパッド３６と、放出されたエアの圧力をスライダ３５と角軸３４との間隙部から外に流出しないように調整する差動排気部を有している。

エアパッド３６は、例えばアルミセラミクスやジルコニアセラミクスで構成され、エアの分布状態を決定する開口が設けられている。

エアパッド３６に供給されるエアの圧力は、例えば０．５[ＭＰａ]であり、このエアを角軸３４に向かって放出することにより、スライダ３５を浮上させている。

差動排気部は、排気口４３，４４，４５を有しており、各排気口４３，４４，４５からエアを排気することにより、エアの圧力を間隙部から外部に向かって徐々に下げていく。例えば、排気口４３及び排気溝４６によりエアの圧力を０．１[ＭＰa]とし、排気口４４及び排気溝４７で４００[Ｐａ]とし、排気口４５及び排気溝４８で１[Ｐａ]とする。このようにすると、外部におけるエアの流れは、０．０００１[Ｌ／ｍin]であり、ほとんどエアが流れていない状態となって真空チャンバ３７内の真空状態を保つことができる。

スライダ３５には、スライダ３５を移動させるエアシリンダ機構を構成するために必要なエアを蓄積するシリンダ空間（空気室）４１ａ〜４１ｄが設けられている。また、角軸３４からシリンダ空間４１の方向に受圧板５０が形成されている。

図５は、エアサーボの構造を説明する図である。図５（ａ）は、角軸及びスライダのエアサーボに関連する構造を示すスライダの移動方向に直角な方向の縦断面図であり、図５（ｂ）はスライダの移動方向に平行な方向の横断面図である。

図５に示すように、受圧板５０ａ、５０ｂは角軸３４に取り付けられており、スライダ３５とは１０〜２０μｍの隙間（クリアランス）で非接触となっている。角軸３４とスライダ３５とのクリアランスはスライダ３５の浮上時で３〜４μｍであり、エアベアリングの浮上・着座とは無関係に受圧板５０とスライダ３５とが接触することのないようになっている。

この受圧板５０はシリンダ空間４１を２つの空間に分割し、各シリンダ空間に供給されるエアの量による受圧板５０における圧力の差によって、スライダ３５を所望の方向に移動させる。また、圧力の差をゼロにすることによりスライダ３５の移動を停止させるようになっている。

エアサーボによるステージ駆動方式は、高い推力が得やすいという特徴がある。例えば、左右のシリンダ空間の差圧が０．２ＭＰａで受圧板５０の面積が２８ｃｍ²（片側１４ｃｍ²）の場合、約５５０Ｎ（５６ｋｇｆ）の推力が得られる。従って、５０ｋｇのスライダを１Ｇ以上で加速することも可能である。

図６は、従来のエアベアリングステージの構成を示す図である。図６に示すように、スライダ３５のエアパッド３６には、エア供給管６１及びスライダ内部の配管を介してエアが供給されている。また、スライダ３５のシリンダ空間４１ｃ、４１ｄには、エア供給管６２ａ及びエア供給管６２ｂ及びスライダ３５の内部の配管を介してエアが供給されている。

このように真空チャンバ３７内に存在するエア供給管６１、６２ａ、及び６２ｂは、スライダ３５の移動に伴って動くため、屈曲部分が存在する。この屈曲部分が疲労して破断する前にエア供給管（６１，６２ａ，６２ｂ）を交換することが必要となる。

本実施形態では、このような真空チャンバ内で屈曲などにより劣化するエア供給管を必要としないエア供給機構を設けている。以下に、図７及び図８を参照しながら、エアベアリングを使用したステージ装置におけるエア供給機構について説明する。

図７は、本実施形態のエアベアリングを使用したステージ装置を説明する図である。図７では、真空チャンバ７０内に配置された角軸７１とスライダ７２の断面図を示している。角軸７１は、支持棒３３やベローズ７５によって真空チャンバ７０に固定されている。

スライダ７２は角軸７１と対向する側の面にエアパッド７９及びエアの圧力差によってスライダを移動させるためのエアを蓄積するシリンダ空間７８を有している。角軸７１は、その内部にエアを流通させるための流通路７６ａ〜７６ｆを備えている。また角軸７１はスライダ７２のシリンダ空間７８と対向する面に受圧板７７が設けられている。

受圧板７７によってスライダ７２に設けられたシリンダ７８のシリンダ空間を２つの領域に分けるようになっている。すなわち、スライダ７２が浮上したとき、図７の上側のスライダ７２のシリンダ空間７８ａとシリンダ空間７８ｂとに受圧板７７ａで分割されている。

スライダ７２のシリンダ空間７８ａとシリンダ空間７８ｂに供給されるエアの量によって、受圧板７７ａにかかる圧力が異なる。この圧力差によってスライダ７２が図７の左右方向に移動する。

このシリンダ空間７８ａ及びシリンダ空間７８ｂ内のエアは、角軸７１の内部に配管された流通路を通って供給される。

角軸７１の内部に設けられた流通路７６ａは、内部で流通路７６ｂと流通路７６ｃに分岐し、シリンダ空間７８ａに対向する位置に流通路７６ｂの流出口７６ｇが設けられている。一方、角軸７１の内部に設けられた流通路７６ｄは、内部で流通路７６ｅと流通路７６ｆに分岐し、シリンダ空間７８ｂに対向する位置に流通路７６ｅの流出口７６ｈが設けられている。

流出口７６ｇは図７の受圧板７７ａの左側に設けられ、流出口７６ｈは図７の受圧板７７ａの右側に設けられる。これらの流出口７６ｇ、７６ｈは受圧板７７ａの直近に設ける。受圧板７７ａの直近に設けることにより、スライダ７２が左右に移動してもスライダ７２のシリンダ空間７８ａ，７８ｂへのエアの供給が止まることはなくなる。

受圧板７７ａの左右のシリンダ空間７８ａ，７８ｂにそれぞれエアを供給することで、各シリンダ空間内のエアの圧力を個別に制御している。

気体供給部２１で発生させたエアを、配管７３ａを通して流通路７６ａに供給する。供給されるエアの量はサーボバルブ７４ａによって制御する。同様に、気体供給部２１で発生させたエアを、配管７３ｂを通して流通路７６ｄに供給する。供給されるエアの量はサーボバルブ７４ｂによって制御する。

図７の下側のスライダにも上記したようなシリンダと同様の構成とする。すなわち、角軸７１は、下側のスライダ７２と対向する面に受圧板７７ｂを設け、スライダ７２のシリンダはシリンダ空間７８ｃとシリンダ空間７８ｄとに受圧板７７ｂで分割される。

スライダ７２のシリンダ空間７８ｃとシリンダ空間７８ｄに供給されるエアの量によって受圧板７７ｂにかかる圧力が異なる。この圧力差によってスライダ７２が左右に移動する。

スライダ空間７８ｃに供給されるエアの量はスライダ空間７８ａに供給されるエアの量と同一とする。また、スライダ空間７８ｄに供給されるエアの量はスライダ空間７８ｂに供給されるエアの量と同一とする。上下のシリンダ及び上下の受圧板の構成を同一にすることによって、上下のスライダにおける移動運動に差が生じることがないようにする。

上下にシリンダを配置することにより、次の効果を得ることができる。エアサーボの圧力によって角軸７１からスライダ７２が浮き上がろうとする力が発生するが、上下に対向させることにより、浮き上がろうとする力をキャンセルすることができ、角軸７１とスライダ７２との間隔を安定した位置にすることができる。

また、スライダ７２の重心を駆動することができ、ピッチングモーションなどスライダ７２の移動に伴う上下振動を抑制することができる。

このように、スライダ７２に供給するエアの配管がすべて角軸７１の内部にあることにより、従来存在していたエアを供給するための真空チャンバ７０内の配管は排除され、スライダ７２の移動に伴う従来の配管の屈曲による破断等を起こすことがなくなる。このように、エア供給のために可動する部分が全くないため、角軸７１内の配管を金属やセラミックで制作することも可能となり、配管の寿命はほぼ無限大となる。

なお、スライダ７２の移動の安定性が確保されるのであれば、上下のシリンダ空間のうちの一方のシリンダ空間にエアを供給してエアサーボを行うようにしてもよい。

次に、スライダ７２のエアパッド７９へのエアの供給について、図８を参照しながら説明する。図８は、真空チャンバ７０内に配置された角軸７１及びスライダ７２の断面図を示している。この断面図は図７の断面図とは断面の位置が異なっている。

スライダ７２には角軸７１と対向する面にエアパッド７９が設けられ、この面と同一の面にはエアパッド７９にエアを供給するためのエア供給溝８０が設けられている。エア供給溝８０のエアはスライダ７２の内部に形成された配管８１を通して各エアパッド７９に供給される。

角軸７１の内部にはエア供給溝８０に供給するエアを流通させるための流通路８２を設けている。

エア供給溝８０のスライダ移動方向の長さは、スライダ７２が移動しても角軸７１側のエア供給が途切れない長さとする。すなわち、流通路８２の流出口８３がスライダ７２の移動によっても常にエア供給溝８０に対向するようにしている。

上側のスライダ７２だけにエア供給溝８０を設けることによりエア供給溝８０内部の圧力によるスライダ７２の浮上力をそのままスライダ７２の自重キャンセルに使うことも可能である。例えば、エア供給溝８０の溝の幅を２ｍｍ、長さを３００ｍｍとすると、０．４ＭＰａの場合２４ｋｇｆの力を発生することができる。そのため、スライダ７２の自重を３０ｋｇとすると、ほぼ自重をキャンセルしてスライダの上下のクリアランスを適正に保つことが可能となる。

自重キャンセルが必要ない場合には、エア供給溝８０を上下のスライダ７２に対象に設けるようにしてもよい。その場合には、エアの圧力をキャンセルすることができる。

なお、エア供給溝８０はスライダ７２側ではなく、角軸７１側に設けるようにしてもよい。角軸７１側にエア供給溝を儲ける場合には、図８のエア供給溝８０と同一の大きさの溝を対向する角軸７１の表面に形成し、スライダ７２側には、角軸７１の溝に供給されるエアを吸収するための吸収口を設け、スライダ７２の内部の配管８１に接続する。

以上説明したように、スライダ７２のエア供給溝８０に供給するエアの配管がすべて角軸７１の内部であることにより、従来存在していたエアを供給するための真空チャンバ７０内の配管は排除され、スライダ７２の移動に伴う従来の配管の屈曲による破断等を起こすことがなくなる。このように、エア供給のために可動する部分が全くないため、角軸７１内の配管を金属やセラミックで制作することも可能となり、配管の寿命はほぼ無限大となる。

（２）第２の実施形態
第２の実施形態では、第１の実施形態で説明した、角軸とスライダで構成されるエアベアリングステージのスライダ機構を組み合わせたＸＹステージについて説明する。

図９（ａ）は、Ｈ型ＸＹステージの平面図を示し、図９（ｂ）は、その断面図を示している。図９（ａ），（ｂ）に示すように、ＸＹステージは、Ｘ軸がスライダ機構９１ａ、９１ｂで構成され、Ｙ軸がスライダ機構９２で構成されている。スライダ機構９１ａは、真空チャンバ内に固定される固定側角軸９１ｃとスライダ９１ｄで構成されている。同様に、スライダ機構９１ｂは、固定側角軸９１ｅとスライダ９１ｆで構成されている。スライダ９１ｄとスライダ９１ｆとは同時に同方向に移動する。

スライダ機構９２は、角軸９２ａと、スライダ９２ｂと、ウエハ載置部９３で構成されている。角軸９２ａは、一端がスライダ機構９１ａのスライダ９１ｄとエンドプレートを介して接続され、他端がスライダ機構９１ｂのスライダ９１ｆとエンドプレートを介して接続されている。この角軸９２ａを移動側角軸９２ａとも呼ぶ。

スライダ機構９２のスライダ９２ｂの角軸９２ａと反対側の面には、ウエハ載置部９３が設けられ、ウエハ載置部９３の静電チャックＥＳＣによってウエハＷが固定される。スライダ機構（９１ａ、９１ｂ）及びスライダ機構９２を駆動させて、所望のＸＹ座標の位置にウエハＷを移動させる。

図９（ｂ）に示すように、Ｘ軸のスライダ（９１ｄ、９１ｆ）及びＹ軸のスライダ９２ｂを同一平面に構成するようにしている。このため、駆動重心が一致し、ピッチングやローリングが発生せず、高い運動性能を得ることができる。

固定側角軸（９１ｃ，９１ｅ）内部には、大気解放用の流通路９４ａ、低真空用の流通路９４ｂ、中真空用の流通路９４ｃが設けられている。また、移動側角軸９２ａにの内部にも大気解放用の流通路、低真空用の流通路、中真空用の流通路が設けられ、固定側角軸の対応する流通路と接続される。

図１０（ａ）は、ＸＹステージにおけるエア配管の従来の問題点を説明する図であり、図１０（ｂ）は、本実施形態によるＸＹステージの概略を説明する構成図である。

図１０（ａ）では、第１の実施形態で説明したようなエア配管を有する移動側角軸９２ａを使用した場合の例を示している。図１０（ａ）に示すように、移動側角軸９２ａに供給するためのエアの配管（９６ａ，９６ｂ）も、移動側角軸９２ａの移動に伴い動いてしまう。すなわち、配管（９６ａ，９６ｂ）に屈曲部が発生し、屈曲の回数によって配管の破断などが発生してステージ装置の寿命が決定されてしまう。

これに対し、本実施形態のＸＹステージ装置では、図１０（ｂ）に示すように、Ｘ軸に対応する固定側角軸（９１ｃ，９１ｅ）の内部にもエアを流通させるための流通路を設け、移動側角軸９２ａに供給するエアのチャンバ内の配管（９６ａ，９６ｂ）をなくすようにしている。

移動側角軸９２ａと固定側角軸（９１ｃ，９１ｅ）とのエアの流通路の接続構造について、図１１を用いて説明する。

図１１は、ＸＹステージのＸ軸とＹ軸の一部の断面図を示した図である。Ｘ軸は、固定側角軸９１ｃとその周囲を枠状に囲むように形成した固定軸側スライダ９１ｄで構成されている。また、固定軸側スライダ９１ｄのＹ軸側、すなわち移動側角軸９２ａの側の一面には、スライダ９２ｂのストッパーの働きをするエンドプレート９５ａが設けられている。

固定側角軸９１ｃには、スライダ９１ｄの移動する方向に第１の固定側角軸流通路９６ａを設け、所定の位置、例えば固定側角軸９１ｃの中央で固定側角軸流通路９６ａと直角の方向に第２の固定側角軸流通路９６ｂを設けている。第２の固定側角軸流通路９６ｂは固定側角軸９１ｃを貫通するように設けられる。

スライダ９１ｄの第２の固定側角軸流通路９６ｂと対向する面のうち、一方の面（移動側角軸９２ａの側の面）にはその流出口と対向する位置に第１のエア供給溝９７ａが設けられ、他方の面には流出口と対向する位置に、第１のエア供給溝９７ａと対称に第２のエア供給溝９７ｃが設けられている。このように、第１のエア供給溝９７ａと第２のエア供給溝９７ｃとを対称に設けることにより、第１のエア供給溝９７ａが発生するスライダ９１ｄを図１１の右方向に浮上させる力と、第２のエア供給溝９７ｃが発生するスライダ９１ｄを図１１の左方向に浮上させる力とをキャンセルさせて、スライダ９１ｄの偏りをなくすようにしている。スライダ９２ｂを移動させるために供給されるエアの圧力は、スライダ９２ｂの移動に伴い急激に変化するが、第１のエア供給溝９７ａと第２のエア供給溝９７ｃとを対称に設けることにより圧力によって生じる力をキャンセルすることができる。

第１のエア供給溝９７ａは、移動側角軸９２ａが移動する範囲の長さの溝が設けられる。また、第１のエア供給溝９７ａの一部から第１のエア供給溝９７ａの反対側にエアを流出させるための流通穴９７ｂを設けている。この流通穴９７ｂと一致した位置に、エンドプレート９５ａを貫通する流通穴９８を設けている。この流通穴９８と移動側角軸９２ａの内部の流通路７６とを接続する。

スライダ機構９１ｂ及びエンドプレート９５ｂのエアの流通路も、上記したスライダ機構９１ａ及びエンドプレート９５ａのエアの流通路と同様に形成し、移動側角軸９２ａの内部の流通路と接続する。

上記したようなスライダ機構９１ａ及びスライダ機構９１ｂの固定側角軸（９１ｃ，９１ｅ）、スライダ（９１ｄ、９１ｆ）、エンドプレート（９５ａ、９５ｂ）に形成された流通路及び流通穴を通して、気体供給部２１で発生させたエアを移動側角軸９２ａの内部の流通路７６に供給する。

移動側角軸９２ａのエアパッド用の流通路にエアを供給する場合にも、上記のスライダ９２ｂを移動させるために必要なエアの供給経路と同様に構成する。ただし、固定側角軸９１ｃの内部のエアパッド用エアの流通路や、スライダ９１ｄに形成するエア供給溝等の位置はスライダを移動させるためのエアの供給経路とは異なる位置（図１１において高さを変えた位置）に形成する。なお、エアパッド用のエアの供給は、スライダ機構９１ａ又はスライダ機構９１ｂのいずれか一方を介して行うようにしてもよい。

以上説明したように、移動する角軸の中に埋め込む配管をエンドプレートから固定側の角軸のスライダへ貫通させ、固定側の角軸内部の配管へ接続している。このように、すべての配管経路が角軸とスライダの内部に構成されているので、スライダの移動に伴うエアサーボ配管の可動部はすべて排除され、真空チャンバ内の配管は存在しなくなる。これにより、スライダの移動に伴う従来の配管の屈曲による破断等を起こすことがなくなり、エア供給のために可動する部分が全くないため、角軸内の配管を金属やセラミックで制作することも可能となり、配管の寿命はほぼ無限大となる。

なお、本発明は、国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２１年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「マスク設計・描画・検査総合最適化技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）である。

Claims

真空内で使用されるステージ装置であって、
気体を発生させる気体供給部と、
上下左右の４面を有するベース部材と、
前記ベース部材の各面と対向する面を有して前記ベース部材を囲んで移動可能に配置される枠上に形成されたスライダと、
前記スライダの前記ベース部材と対向する面に形成され、前記スライダを前記ベース部材から浮上させるためのエアを蓄える空気室と、
前記ベース部材の内部に形成され、前記気体供給部で発生された気体を流入させる流入口と、前記スライダの空気室に前記気体を供給する流出口とをつなぐエア流通路と、
前記スライダの移動方向と直角な方向に延びる第１の固定部材と、
前記第１の固定部材の周囲に枠状に形成され、前記ベース部材と接続された第１のスライダと、
前記第１の固定部材の内部に形成され、前記ベース部材又は前記スライダに供給される気体が通る第１の固定部材内部の流通路と、
前記第１のスライダ内部に形成され、前記ベース部材の流入口と接続された第１のスライダ内部の流通路と、
前記第１のスライダの前記第１の固定部材に対向する面に形成され、前記第１のスライダの移動方向に伸びるとともに、前記第１のスライダ内部の流通路に繋がった第１のエア供給溝と、
前記第１のスライダの前記第１のエア供給溝が形成された面と反対側の面に形成され、前記第１の固定部材に関して前記第１のエア供給溝と対称に形成された第３のエア供給溝と、を備え、
前記第１の固定部材内部の流通路は前記第１の固定部材の内部の所定位置で分岐して前記第１の固定部材を貫通して前記第１のエア供給溝及び前記第３のエア供給溝とに繋がっている
ことを特徴とするステージ装置。
前記ベース部材は、前記スライダの前記空気室を第１の空気室と第２の空気室に分割する受圧板を備え、
前記スライダ移動用エア流通路は第１のスライダ移動用エア流通路と第２のスライダ移動用エア流通路とを備え、前記第１のスライダ移動用エア流通路の流出口から前記第１の空気室にエアを供給し、前記第２のスライダ移動用エア流通路の流出口から前記第２の空気室にエアを供給することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
前記スライダは、前記ベース部材と対向する面であって、当該スライダの上下又は左右の対向する両面に前記空気室を有し、前記ベース部材の内部に形成された前記スライダ移動用エア流通路の流出口は前記両面の空気室にそれぞれエアを供給することを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
前記スライダは、当該スライダを前記ベース部材から浮上させるためのエアを放出するエアパッドと、
前記エアパッドにエアを供給するエア供給溝と、
を有し、
前記ベース部材は、前記気体供給部で発生された空気を供給する供給口と、前記エア供給溝にエアを流入させるためのエア流出口とを結ぶエアパッド用エア流通路が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のステージ装置。
前記流入されたエアは、前記スライダの前記エアパッドに前記スライダ内部の流通路を通して供給されることを特徴とする請求項４に記載のステージ装置。
さらに、前記スライダの移動方向と直角な方向に同時に移動する第１のスライダと第２のスライダとを有し、
前記ベース部材の一方の端部が前記第１のスライダに接続されるとともに他方の端部が前記第２のスライダに接続され、
前記ベース部材の内部の前記スライダ移動用エア流通路又は前記エアパッド用エア流通路に供給するエアは、前記第１のスライダ及び前記第２のスライダを介して供給されることを特徴とする請求項５に記載のステージ装置。
前記第１のスライダは、第１の固定部材の周囲に枠状に形成され、前記第２のスライダは、第２の固定部材の周囲に枠状に形成され、
前記第１のスライダの内部の流通路と前記第１の固定部材の内部に形成された流通路とが前記第１のスライダの前記第１の固定部材に対向する面に形成された第１のエア供給溝を介して接続され、
前記第２のスライダの内部の流通路と前記第２の固定部材の内部に形成された流通路とが前記第２のスライダの前記第２の固定部材に対向する面に形成された第２のエア供給溝を介して接続されることを特徴とする請求項６に記載のステージ装置。
前記第１の固定部材の内部に形成された流通路は前記第１のスライダの移動する方向に形成され、所定の位置で当該流通路と直角方向に分岐して当該第１の固定部材を貫通し、
前記第２の固定部材の内部に形成された流通路は前記第２のスライダの移動する方向に形成され、所定の位置で当該流通路と直角方向に分岐して当該第２の固定部材を貫通し、
前記第１のスライダには、前記第１のエア供給溝と前記第１の固定部材に対して対称に第３のエア供給溝が形成され、
前記第２のスライダには、前記第２のエア供給溝と前記第２の固定部材に対して対称に第４のエア供給溝が形成されていることを特徴とする請求項７に記載のステージ装置。
さらに、前記ベース部材と前記第１のスライダとの間の第１のエンドプレートと、
前記ベース部材と前記第２のスライダとの間の第２のエンドプレートと、
を備え、
前記ベース部材の内部に形成したスライダ移動用エア流通路は第１のスライダ移動用エア流通路と第２のスライダ移動用エア流通路とを備え、
前記第１の固定部材の内部に形成された流通路と前記第１のスライダの内部に形成された流通穴と前記第１のエンドプレートに形成された流通穴とを介して前記第１のスライダ移動用エア流通路にエアが供給され、
前記第２の固定部材の内部に形成された流通路と前記第２のスライダの内部に形成された流通穴と前記第２のエンドプレートに形成された流通穴とを介して前記第２のスライダ移動用エア流通路にエアが供給されることを特徴とする請求項８に記載のステージ装置。
前記第１のスライダの内部に形成されたエアパッド用エア流通路と前記第１の固定部材の内部に形成されたエアパッド用エア流通路とが前記第１のスライダの前記第１の固定部材に対向する面に形成されたエア供給溝を介して接続されることを特徴とする請求項７に記載のステージ装置。
前記第１の固定部材の内部に形成されたエアパッド用エア流通路は前記第１のスライダの移動する方向に形成され、所定の位置で当該エアパッド用エア流通路と直角方向に分岐して当該第１の固定部材を貫通し、
前記第１のスライダには、前記エア供給溝と前記第１の固定部材に対して対称にエア供給溝が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のステージ装置。
さらに、前記ベース部材と前記第１のスライダとの間のエンドプレートを備え、
前記ベース部材のエアパッド用エア流通路には、前記第１の固定部材の内部に形成されたエアパッド用エア流通路と前記第１のスライダの内部に形成された流通穴と前記第１のエンドプレートに形成された流通穴とを介してエアが供給されることを特徴とする請求項１１に記載のステージ装置。