JPH10256111A - 静圧ステージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静圧ステージの与圧磁石によるスラスト抵抗
またはスラスト外乱を減少させる。 【解決手段】 定盤上に設けられた第１のガイドに沿っ
て該定盤上を第１の方向に移動可能な第１のステージ
と、第１のステージ上に設けられた第２のガイドに沿っ
て該定盤上を第１の方向と交差する第２の方向に移動可
能な第２のステージと、前記第１および第２のステージ
に設けられ該第１および第２のステージをそれぞれ前記
定盤上に浮上させる第１および第２の流体静圧付与手段
と、前記第１および第２のステージに設けられ該第１お
よび第２のステージをそれぞれ前記定盤へ向けて吸引す
る第１および第２の与圧磁石とを具備する静圧ステージ
において、前記第１および第２の与圧磁石がそれぞれ複
数の矩形磁石片をそれらの辺を接して一次元に配列した
ものである場合に、その一次元の磁石の並びに沿う方向
と前記第１の方向とが直交するように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動ステージを定
盤に対して静圧で浮上して支持するとともに、その支持
剛性を高めるために移動ステージを定盤に向けて吸引す
る磁石を用いた静圧ステージに関し、特に走査型露光装
置用として好適な静圧ステージに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の露光装置として、ウエハ等の被露
光基板を逐次移動、停止して露光を繰り返すいわゆるス
テッパが知られている。

【０００３】図１１にステッパのウエハステージの詳細
を、図１２にそのウエハステージの分解図を示す。図に
おいて、ベース定盤１上にＹヨーガイド２が固定され、
Ｙヨーガイド２の側面とベース定盤１の上面でガイドさ
れるＹステージ３がベース定盤１の上にＹ方向に不図示
エアスライドにより滑動自在に支持されている。Ｙステ
ージ３は主に２本のＸヨーガイド３ａと、Ｙスライダ大
３ｂおよびＹスライダ小３ｃとの４部材から構成され、
Ｙスライダ大３ｂはその側面および下面に設けた不図示
エアパッドを介してＹヨーガイド２側面およびベース定
盤１上面と対面し、Ｙスライダ小３ｃはその側面に設け
た不図示エアパッドを介してベース定盤１上面と対面し
ている。この結果Ｙステージ３全体としては前述のよう
にＹヨーガイド２の側面とベース定盤１の上面でＹ方向
に滑動自在に支持されることになる。

【０００４】一方、Ｙステージ３の構成部品である２本
のＸヨーガイド３ａの側面とベース定盤１の上面とでガ
イドされるＸステージ４がＸ軸まわりにＹステージ３を
囲むように設けられ、Ｘ方向に不図示エアスライドによ
り滑動自在に支持されている。Ｘステージ４は主に２枚
のＸステージ側板４ａと、上下のＸステージ天板４ｂお
よびＸステージ底板４ｃとの４部材から構成され、Ｘス
テージ底板４ｃはその下面に設けたエアパッド４ｄを介
してベース定盤１上面と対面し、２枚のＸステージ側板
４ａはその側面に設けた不図示エアパッドを介してＹス
テージ３の構成部材である２本のＸヨーガイド３ａの側
面と対面している。Ｘステージ天板４ｂ下面とＸヨーガ
イド３ａの上面、およびＸステージ底板４ｃ上面とＸヨ
ーガイド３ａの下面は非接触になっている。この結果Ｘ
ステージ４全体としては前述のように２本のＸヨーガイ
ド３ａの側面とベース定盤１の上面でＸ方向に滑動自在
に支持されることになる。Ｘステージ天板４ｂの上部に
は不図示工作物保持機構が設けられウエハ等の工作物を
保持できるようになっており、またここには不図示スコ
ヤミラーが設けられ、ＸおよびＹステージ４，３の位置
をレーザ干渉計で精密に計測できるようになっている。

【０００５】駆動機構は、Ｘ駆動用に１本、Ｙ駆動用に
２本の多相コイル切り替え方式のリニアモータが用いら
れている。固定子６ａ，７ａはストローク方向に並べた
複数個のコイル６ｃ，７ｃを枠に挿入したもので、可動
子６ｂ，７ｂは箱形の磁石ユニットで構成される。７ｄ
は磁石連結板、８はＹ固定子固定部材である。可動子６
ｂ，７ｂの位置によって固定子６ａ，７ａのコイル６
ｃ，７ｃに選択的に電流を流すことにより推力を発生す
る。

【０００６】エアスライドの剛性を上げるにはギャップ
を５μｍ程度に保つことが必要でこのため、分解図に示
すようにＸステージ４はエアパッド４ｄの間に設けた２
個の与圧磁石４ｅでベース定盤１に吸引されるようにな
っている。Ｙステージ３も同様にＹスライダ大３ｂ側面
において不図示与圧磁石でＹヨーガイド２に吸引される
ように、Ｙスライダ大３ｂ下面とＹスライダ小３ｃ下面
において不図示与圧磁石でベース定盤１に吸引されるよ
うになっている。

【０００７】これらの与圧磁石は図１３に示すような矩
形状の磁石片９を複数個並べて配置したものが用いられ
ている。ベース定盤１およびＹヨーガイド２は磁石の被
吸引材である必要とエアスライドのガイド面を構成する
必要からＳＫＳに焼き入れ研磨したものが用いられてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする問題点】ところで、エアギャ
ップ保持のために設けた与圧磁石はエアスライドの浮力
方向と逆向きの吸引力のみを発揮してくれるのが望まし
いのであるが、実際はそれ以外にエアスライドの滑動方
向の抵抗力も発生するという問題がある。

【０００９】現状のステージ構成の特徴として、Ｘステ
ージ４のチルト姿勢はベース定盤１で直接ガイドされ
る。よってＸステージ４はベース定盤１と対面しながら
２次元に動き、ＸＹ両方向に上記与圧磁石４ｅの抵抗を
受ける。Ｙステージ３はＹ方向にのみ与圧磁石の抵抗を
受ける。

【００１０】一方、与圧磁石は図１３に示すような複数
の矩形磁石片９を１次元に並べて構成されるものが用い
られている。このような与圧磁石のスラスト力と変位の
関係を図２に示す。与圧磁石のスラスト力の第１の特徴
として、定盤とステージとの相対速度が小さいときは変
位とともにスラスト力が変化し、相対速度が大きくかつ
その向きが変わらないとき、すなわち大変位時には変位
によらずほぼ一定になる。つまり定盤との相対速度が小
さいときは与圧磁石は定盤に対するばねとして作用し床
振動をステージに伝達する。相対速度が大きいとばねと
して作用しなくなり、床振動をほとんど伝達しない。

【００１１】与圧磁石のスラスト力の第２の特徴とし
て、磁石片９の並びに沿う方向（磁石片９の短辺方向）
と磁石片９の並びに垂直な方向（長辺方向）とで顕著な
異方性を示す。

【００１２】ステッパは停止状態で露光するのでステー
ジに設けた与圧磁石と定盤との相対速度は常に小さく、
与圧磁石は定盤に対するばねとして作用し、床振動をス
テージに伝達してサーボの外乱になっていた。つまり、
ステッパではばねとして作用しなくなる領域が使えなか
った。また、ステッパにおいてはＸ方向、Ｙ方向とも同
等の停止精度が要求されるため、異方性を利用した最適
な外乱低減ができなかった。

【００１３】次に次世代の露光装置の１つである、走査
型露光装置全体図を図１４に示す。図１４において、床
（または地面）３０から除振手段３１を介して定盤１が
支持されている。定盤１上にはＸＹ平面内に移動可能な
ウエハステージ３３が設けられ、また鏡筒支持部材３４
を介して縮小投影光学系３５が固定されている。支持部
材３４の上方にはレチクルステージベース３６が設けら
れ、レチクルステージベース３６上をガイドに沿って１
軸方向に走査可能なレチクルステージ３７が設けられて
いる。レチクルを通してウエハに露光エネルギを与える
ための照明系３８が破線で示されている。４１は光学系
３５の外筒、４２，４３は干渉計基準である。

【００１４】この装置ではレチクルパターンの矩形の一
部領域のみが照明される。このため全体を露光するには
ウエハステージ３３とレチクルステージ３７を光学系３
５の縮小倍率に等しい速度比で同期スキャンし、スキャ
ン中に露光する。ウエハステージ３３はＸＹステージで
あるが露光中はレチクルステージ３７の軸に平行な軸を
スキャンしもう１つの軸は静止するように制御する。

【００１５】この改良型として図１５に示すシステムも
ある。鏡筒定盤４５に支持される投影光学系３５がウエ
ハステージ定盤４６とは機械的に分離されて直接床３０
から除振手段３１で支持されている。このため投影光学
系３５や干渉計基準にはウエハステージ３３からの振動
が伝わらず光学系３５や干渉計基準４２，４３の機械的
変形および振動を極めて小さくできるという利点があ
る。また、ウエハステージ定盤４６は除振手段３１を介
さず床３０から直接支持されている。このためウエハス
テージ３３を加減速したときの反力による定盤４６の揺
り戻しがきわめて小さく停止精度が向上したり制定時間
が短縮されたりするという利点がある。

【００１６】このようなシステムではスキャン方向にお
いてはスキャン中に発生する走行抵抗のむらおよび絶対
値が新たな問題となる。走査露光装置ではスキャン中に
露光するのでスキャン中の走行抵抗にむらがあると床振
動とはまた別の推力外乱となってステージに作用しスキ
ャン露光のスキャン方向の重ね合わせ精度を低下させ
る。

【００１７】走行抵抗のむらは、磁石と定盤が相対的に
大変位するときの磁気ヒステリシスに起因する抵抗それ
自体のむらによるものと、仮に磁気ヒステリシス抵抗自
体のむらがゼロだとしても駆動系との組み合わせで結果
的に発生するものとに大別できる。

【００１８】まず、磁気ヒステリシス抵抗自体のむらに
ついて、図７においては磁石と定盤が相対的に大変位し
たときの抵抗むらがゼロとして図示してあるが、実際に
は何らかのむらが存在する。問題はその量であって定盤
材料によって図７のようにゼロとみなしてよい材料と、
露光精度を低下させるほどむらの大きい材料とがある。
例えば、図２において、定盤材料がＳＫＳでは磁石と定
盤が相対的に大変位したときの抵抗むらがゼロとみなせ
るが、定盤材料がＮｉ系鋳物では磁石を構成する矩形磁
石片の並びに沿う方向（矩形磁石片の短辺方向）に走査
したとき磁極ピッチに同期した顕著なむらが発生する。

【００１９】次に駆動系との組み合わせによるむらであ
るが、これは駆動系に複数個のコイルを切り替えるタイ
プのリニアモータを用いたときに発生する。このタイプ
のモータは位置によって周期的に推力定数が変化する。
したがって定電流駆動した場合、仮に磁石からの抵抗が
一定だったとしても推力定数の周期的むらがそのまま抵
抗むらとなって作用しスキャン方向の露光精度を低下さ
せる。このむらの大きさは磁石が発生する抵抗の絶対値
に比例するのでこれを減らすには磁石の抵抗の絶対値を
減らす必要がある。

【００２０】また、走行抵抗の絶対値が大きいとこれに
打ち勝つための余分な推力が必要になり、駆動系の発熱
が増加したり、発熱を除去する冷却系が大型化したりす
る。

【００２１】一方スキャン中静止している方向（以下、
ステップ方向という）では、事情はステッパと全く同じ
で上記与圧磁石抵抗は床振動の水平成分を伝達する役割
をはたす。通常はウエハステージ定盤は図１４のシステ
ムのように除振手段で支持され床振動を伝達しにくくし
ているがその残差が与圧磁石を介してステージに伝わ
る。これはサーボ性能を低下させ、スキャンと直角方向
の像性能低下、つまり露光パターンのコントラスト低下
を招く。これを防ぐためには床振動レベル自身をさらに
低下させなければならずトータルコストが増加する。図
１５のようにウエハステージ定盤を床から直接支持する
システムにおいては床振動はもろに伝わるのでより深刻
な問題となる。

【００２２】ステッパとの違いは、走査露光装置ではス
キャン方向、非スキャン方向（ステップ方向）という概
念が現れたので、磁石のばね性の異方性を利用できる可
能性がでたことである。

【００２３】本発明は、上記の従来例における問題点に
鑑みてなされたもので、与圧磁石のスラスト抵抗の少な
い静圧ステージを提供することを目的とする。また、与
圧磁石によるスラスト外乱の少ない静圧ステージを提供
することをさらなる目的とする。

【００２４】

【問題点を解決するための手段】上記の目的を達成する
ため本発明では、定盤上に設けられた第１のガイドに沿
って該定盤上を第１の方向に移動可能な第１のステージ
と、第１のステージ上に設けられた第２のガイドに沿っ
て該定盤上を第１の方向と交差する第２の方向に移動可
能な第２のステージと、前記第１および第２のステージ
に設けられこれら第１および第２のステージをそれぞれ
前記定盤から浮上させる第１および第２の流体静圧付与
手段と、前記第１および第２のステージに設けられこれ
ら第１および第２のステージをそれぞれ前記定盤へ向け
て吸引する第１および第２の与圧磁石とを具備する静圧
ステージにおいて、前記第１および第２の与圧磁石がそ
れぞれ複数の矩形磁石片を辺を接して一次元に配列した
ものであることを特徴とする。前記第１の与圧磁石は、
その一次元の磁石の並びに沿う方向と前記第１の方向と
が直交するように配置することが好ましい。

【００２５】この静圧ステージは、特に走査型露光装置
用ウエハステージとして好ましく用いられる。その場
合、前記第１の方向と第２の方向とは直交しており、こ
れらの方向の一方がスキャン方向、他方がステップ方向
に設定される。そして、与圧磁石のスラスト抵抗を少な
くするためには、前記第１の方向をスキャン方向とし、
前記第２の与圧磁石を構成する磁石片の長手方向を該ス
キャン方向に向けるか、または前記第２の方向をスキャ
ン方向とし、前記第２の与圧磁石を構成する磁石片の長
手方向を該スキャン方向に向ける。

【００２６】また、与圧磁石によるスラスト外乱を少な
くするためには、前記第２の方向をステップ方向とし、
前記第２の与圧磁石を構成する磁石片の長手方向を該ス
テップ方向に向けるか、または前記第１の方向をステッ
プ方向とし、前記第２の与圧磁石を構成する磁石片の長
手方向を該ステップ方向に向ける。

【００２７】さらに、定盤材料としては、Ｎｉ系鋳物ま
たは純鉄もしくはＳ１０Ｃ等の低炭素鉄系材料を用いる
のが好ましい。

【００２８】本発明が適用される走査型露光装置として
は例えば図１４および図１５に示す構成のものを用いる
ことができる。

【００２９】

【作用】走査型露光装置用静圧ステージにおいて与圧磁
石を構成する矩形磁石片の磁石並びに沿う方向（短辺方
向）がスキャン軸と直角になるように、すなわち矩形磁
石片の長手方向がスキャン軸と平行になるように配置す
ることにより、与圧磁石のスラスト抵抗を減少させるこ
とができる。また、走査型露光装置用静圧ステージにお
いて与圧磁石を構成する矩形磁石片の磁石並びに沿う方
向（短辺方向）がステップ方向と直角になるように、す
なわち矩形磁石片の長手方向がステップ方向と平行にな
るように配置することにより、与圧磁石によるスラスト
外乱を減少させることができる。また、定盤材料を選択
することにより、スラスト抵抗またはスラスト外乱をさ
らに減少させることができる。

【００３０】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。第１実施例 本実施例において、ステージの構成要素は図１１および
図１２のものと同じである。但し、ベース定盤１の材質
は従来例ではＳＫＳであったが、本実施例および第２実
施例ではＮｉ系鋳物材料にしてある。上記与圧磁石の抵
抗は与圧磁石が或る位置から別の位置に移動するとき、
もともと磁石のあった位置のＳＫＳの磁化が磁石がいな
くなっても完全になくならず一部残り、これが磁石の移
動を妨げようとするために生ずる。つまり材料の磁気的
ヒステリシスに起因して生ずる。この磁気ヒステリシス
に起因する抵抗は材料のＢＨ曲線の囲む面積に比例す
る。そこで定盤やヨーガイドの材料としてはＢＨ曲線の
囲む面積の小さい材料が望ましい。

【００３１】一方、定盤１やヨーガイド２は磁石の被吸
引材としての機能を果たさなければならないので磁束を
十分に通すこと、つまり飽和磁束密度が大きいことが望
ましい。

【００３２】これらの両方の要求を満たす材料としてＮ
ｉ系鋳物があり、代表的な組成は、

【００３３】

【表１】 である。

【００３４】ＳＫＳとＮｉ系鋳物とのＢＨ曲線の比較を
図２に示す。Ｎｉ系鋳物ではＢＨ曲線の面積がＳＫＳに
比べて格段に小さい。一方、飽和磁束密度は約０．８Ｔ
程度以上が期待できかなりの吸引力が望めることがわか
る。

【００３５】図１は本発明の第１実施例を説明するため
の図で、Ｙをスキャン方向、Ｘをステップ方向とするＸ
ステージ４およびＹステージ３を下から眺めたものであ
る。Ｘステージ４においても、Ｙステージ３においても
与圧磁石４ｅ，３ｅを構成する矩形状の磁石片の磁石並
びに沿う方向（磁石片の短辺方向）がスキャン軸（Ｙ
軸）と直角になるよう、すなわち磁石片の長手方向がス
キャン軸と平行になるよう配置されている。このように
配置する理由はＮｉ系鋳物において、矩形磁石片の長辺
（長手方向）と直角に走査すると、磁極ピッチに同期す
る抵抗むらがあるためである。以下この辺りの事情につ
いて説明する。

【００３６】図３は与圧磁石２個（Ｘステージ４につい
てる分相当）を矩形磁石の長辺に直角に走査した場合
と、平行に走査した場合の位置と抵抗力の関係をＳＫＳ
とＮｉ系鋳物の各々について示した図である。ＶＳ、Ｐ
Ｓ、ＶＮ、ＰＮは走査抵抗の２倍に相当する量である
が、実測値は

【００３７】

【表２】 である。Ｎｉ系材料にすることで走査抵抗は期待通り小
さくなる。またＮｉ系直角の場合には磁極ピッチ（例え
ば７．５ｍｍ）に同期して約３０ｇピークツーピークの
むらが発生する。

【００３８】図４は与圧磁石２個（Ｘステージ４につい
てる分相当）を矩形磁石の長辺に直角に微小（１μｍ程
度）移動した場合と、平行に微小移動した場合の位置と
抵抗力の関係をＳＫＳとＮｉ系鋳物の各々について示し
たものである。各直線の傾きは与圧磁石が発生するスラ
スト方向のばね定数に相当するが実測値は

【００３９】

【表３】 である。この値は床振動の水平成分の伝達のしやすさの
指標となる。これもＮｉ系材料にすることで期待通り小
さくなる。

【００４０】Ｎｉ系平行方向は走査のむらもなく値も小
さく微小変位のばね定数も小さいので走査においても微
小移動においても採用するのが好ましい。Ｙステージ３
はベース定盤１に対してＹ方向にのみ１次元に相対運動
するから、このような配置が可能である。

【００４１】一方、現行のＸステージ４はベース定盤１
に対して２次元に相対運動しＸＹ両方向に磁石４ｅから
のスラスト抵抗を受ける。したがって、ＸＹのどちらか
しか磁石長辺の平行方向が採用できない。この最も好ま
しい方向をどのように配置するかが問題となる。

【００４２】そこで、本実施例のようにＹがスキャン方
向のステージで矩形磁石片の短辺方向をスキャン軸と直
角（磁石片の長手方向を平行）に配置すれば、スキャン
時の走行抵抗にむらがなくなり、むらに起因する推力外
乱がなくなる。

【００４３】また床振動伝達の指標となるスキャン方向
のばね定数は、表３に示す２０ｇ／ｍｍではなくほぼゼ
ロである。何故ならスキャン中サーボ誤差で目標値に対
して正または負の値をとったとしても位置の絶対値自身
は増え続けつつ常に大変位の領域にあるからほぼ一定の
力がかかるためである。

【００４４】一方、スキャンと直角方向は床からの振動
伝達だけを考えればよいが、ばね定数が表３に示すよう
に２２３ｇ／ｍｍとなり、ＳＫＳの場合に比べて約１／
８となる。

【００４５】Ｙがスキャン方向の場合、スキャン時のス
ラスト抵抗むらを最小にするためには本実施例に示すよ
うにＸステージ４においてもＹステージ３においても矩
形磁石片の長手方向がスキャン軸と平行になるように配
置しなければならない。Ｙスキャンのスキャン動作にお
いてはＹリニアモータでＸステージ４とＹステージ３の
一体物をスキャンするのでどちらか一方でも矩形磁石片
の短辺方向がスキャン軸と平行になっているとスキャン
抵抗にむらがでるからである。またこのようにすると、
スキャンと直角方向の振動伝達はＸステージ４からの分
しか伝達されない。Ｙステージ３からの分はＸステージ
４とＹステージ３の間のエアスライドで絶縁されるから
である。

【００４６】第２実施例 図５は本発明の第２実施例を説明するための図で、Ｘを
スキャン方向、Ｙをステップ方向とするＸステージ４と
Ｙステージ３を下から眺めたものである。Ｘステージ４
においては与圧磁石４ｅを構成する矩形状の磁石片の磁
石並びに沿う方向（短辺方向）がスキャン軸と直角にな
るよう配置されており、Ｙステージ３においては与圧磁
石３ｅを構成する矩形状の磁石片の磁石並びに沿う方向
（短辺方向）がスキャン軸と平行になるよう配置されて
いる。

【００４７】この配置も基本はスキャン方向に抵抗のム
ラを発生させないようにしたことにある。この観点だけ
から言うと、Ｙステージ３の矩形磁石片の長辺はＸＹど
ちらを向いてもよいように見える。なぜならＸスキャン
はＸリニアモータでＸステージ４のみをスキャンするの
でＹステージ３の矩形磁石片の向きによらずＹステージ
３からは抵抗むらは発生しないからである。

【００４８】一方、床からの振動伝達を考えるとＹステ
ージ３の矩形磁石片の短辺方向は本実施例のようにスキ
ャン方向に平行にするのが望ましい。このようにすると
Ｙステージ３にはスキャンと直角方向の床振動は伝わり
にくく、スキャン方向の床振動は伝わりやすくなる。Ｙ
ステージ３に伝わったスキャンと直角方向の振動はヨー
ガイドを介してＸステージ４に伝わる。一方、Ｙステー
ジ３に伝わったスキャン方向の振動はヨーガイドで絶縁
されてＸステージ４には伝わらない。この結果トータル
として最もＹステージ３経由の床振動がＸステージ４に
伝わりにくいシステムとなる。

【００４９】第３実施例 本実施例において、ステージの構成要素は図１１および
図１２のものと同じである。但し、ベース定盤１の材質
は従来例ではＳＫＳであったが、第３および第４実施例
では低炭素鉄系材料にしてある。上記与圧磁石の抵抗は
与圧磁石がある位置から別の位置に移動するとき、もと
もと磁石のあった位置のＳＫＳの磁化が磁石がいなくな
っても完全に無くならず一部残り、これが磁石の移動を
妨げようとするために生ずる。つまり材料の磁気的ヒス
テリシスに起因して生ずる。この磁気ヒステリシスに起
因する抵抗は材料のＢＨ曲線の囲む面積に比例する。そ
こで定盤１やヨーガイド２の材料としてはＢＨ曲線の囲
む面積の小さい材料が望ましい。

【００５０】一方、定盤やヨーガイドは磁石の被吸引材
としての機能をはたさなければならないので磁束を十分
に通すこと、つまり飽和磁束密度が大きいことが望まし
い。

【００５１】これらの両方の要求を満たす材料として低
炭素鉄系材料があり、具体的には純鉄またはＳ１０Ｃを
用いる。純鉄の場合、加工性を向上させるために炭素以
外の不純物を添加することが望ましい。

【００５２】ＳＫＳと純鉄とのＢＨ曲線の比較を図７に
示す。純鉄ではＢＨ曲線の面積がＳＫＳに比べて格段に
小さく、一方、飽和磁束密度は約１．６Ｔ程度以上であ
り、吸引力においても問題ない。

【００５３】図６は本発明の第３実施例を説明するため
の図で、Ｙをスキャン方向、Ｘをステップ方向とするＸ
ステージ４およびＹステージ３を下から眺めたものであ
る。Ｙステージ３においては与圧磁石３ｅを構成する矩
形状の磁石片の磁石並びに直角な方向（磁石片の長手方
向）がスキャン方向（Ｙ軸）と平行になるよう配置さ
れ、Ｘステージ４においては与圧磁石４ｅを構成する矩
形状の磁石片の磁石並びに直角な方向（磁石片の長手方
向）がスキャン方向（Ｙ軸）と直角に、ステップ方向
（Ｘ軸）とは平行になるよう配置されている。

【００５４】以下、この辺りの事情について説明する。
図８は与圧磁石２個（Ｘステージ４についてる分相当）
を矩形磁石片の長手方向に直角に走査した場合と、平行
に走査した場合の位置と抵抗力の関係をＳＫＳと純鉄の
各々について示した図である。ＶＳ、ＰＳ、ＶＪ、ＰＪ
は走査抵抗の２倍に相当する量であるが、実測値は

【００５５】

【表４】 である。低炭素鉄系材料にすることで走査抵抗は期待通
り小さくなる。図９は与圧磁石２個（Ｘステージ４につ
いてる分相当）を矩形磁石片の短辺方向に直角に微小
（１μｍ程度）移動した場合と、平行に微小移動した場
合の位置と抵抗力の関係をＳＫＳと純鉄の各々について
示したものである。各直線の傾きは与圧磁石が発生する
スラスト方向のばね定数に相当するが実測値は

【００５６】

【表５】 である。この値は同一位置に保持されるステージに対す
る床振動の水平成分の伝達のしやすさの指標となる。こ
れも低炭素鉄系材料にすることで期待通り小さくなる。

【００５７】純鉄平行方向は走査のむらもなく値も小さ
く微小変位のばね定数も小さいので走査においても微小
移動においても採用するのが好ましい。Ｙステージ３は
ベース定盤１に対してＹ方向にのみ１次元に相対運動す
るから、このような配置が可能である。

【００５８】一方、現行のＸステージ４はベース定盤１
に対して２次元に相対運動しＸＹ両方向に磁石４ｅから
のスラスト抵抗を受ける。したがって、ＸＹのどちらか
しか磁石長辺の平行方向が採用できない。この最も好ま
しい方向をどのように配置するかが問題となる。

【００５９】そこで、本実施例のようにＹがスキャン方
向のステージで短冊磁石片の長手方向をスキャン方向と
直角に配置すれば、スキャンと直角方向（ステップ時）
のばね定数を２５ｇ／ｍｍと最も小さくすることができ
る。このときスキャン方向のばね定数は、２６０ｇ／ｍ
ｍと大きくなるが、これは静止時の話であって、スキャ
ン時はほぼゼロとなる。何故ならスキャン中サーボ誤差
で目標値に対して正または負の値をとったとしてもスキ
ャンによる移動の方が支配的なので磁石と定盤の相対変
位は時間に対して単調増加であり、この結果、磁石から
受ける抵抗はほぼ一定になるからである。このようにす
ることにより、床からの水平方向の振動伝達を最小にす
ることができる。一方、スキャン抵抗は表４に示すよう
に６０ｇとなり、磁石片の長手方向をスキャン方向と平
行にした場合の１０ｇよりは大きいが、ＳＫＳに比べれ
ば充分小さくなっている。

【００６０】Ｙがスキャン方向の場合、本実施例に示す
ように、Ｙステージ３においては矩形磁石片の長手方向
がスキャン方向と平行になるように配置するのが良い。
Ｙスキャンのスキャン動作においてはＹリニアモータで
Ｘステージ４とＹステージ３の一体物をスキャンするの
で、このようにするとスキャンの走査抵抗を減らすこと
ができるからである。換言すると、こうしなければＹス
テージ３から無用の走査抵抗をもらい、駆動系との組み
合わせの推力むらを招くことになる。

【００６１】一方、床振動伝達面から考えると、スキャ
ン中のスキャン方向のばね定数はＹステージ３において
もほぼゼロである。スキャンと直角方向のばね定数はＹ
ステージ３において２６０ｇ／ｍｍと大きい方の値とな
りＹステージ３には床振動がそれなりに伝わるのである
が、Ｘステージ４、すなわちウエハが搭載されたステー
ジとはヨーガイド２にてスキャンと直角方向の振動は絶
縁されるのでＹステージ３にある程度の床振動が伝わっ
ても問題は無い。

【００６２】第４実施例 図１０は本発明の第４実施例を説明するための図で、Ｘ
をスキャン方向、Ｙをステップ方向とするＸステージ４
とＹステージ３を下から眺めたものである。Ｘステージ
４においては与圧磁石４ｅを構成する矩形状の磁石片の
磁石並びに沿う方向（短辺方向）がスキャン方向になる
よう配置されており、Ｙステージ３においても与圧磁石
３ｅを構成する矩形状の磁石片の磁石並びに沿う方向
（短辺方向）がスキャン方向になるよう配置されてい
る。

【００６３】この配置も基本はＸステージ４に伝わる床
振動を最小にしたことである。第３実施例と同様、スキ
ャンと直角方向（ステップ時）のばね定数は２５ｇ／ｍ
ｍ、スキャン方向（スキャン時）のばね定数はほぼゼロ
である。

【００６４】この例では、スキャンはＸステージ４のみ
で行なわれＹステージ３は静止しているのでスキャン抵
抗という観点からはＹステージ３の磁石３ｅの向きはＸ
Ｙどちらでもよいように見える。

【００６５】しかし一方、床３０からの振動伝達を考え
るとＹステージ３の矩形磁石片の長手方向も本実施例の
ようにスキャン方向に直角にするのが望ましい。このよ
うにするとＹステージ３にはスキャンと直角方向の床振
動は伝わりにくく、スキャン方向の床振動は伝わりやす
くなる。Ｙステージ３に伝わった振動のうちＸステージ
４に伝わるのはスキャンと直角方向の振動のみである。
スキャン方向の振動はヨーガイド２で絶縁されるからで
ある。この結果トータルとして最もＹステージ３経由の
床振動がＸステージ４に伝わりにくいシステムとなる。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、与圧磁石のスラスト力
に起因するスキャン抵抗を低減することにより、発熱を
低減することができるとともに、多相モータと組み合わ
せたときの重ね合わせ精度を向上させることができる。
また、与圧磁石のスラスト力に起因するサーボ外乱を低
減することによりスキャンと直角方向の像性能を向上さ
せることができる。延ては定盤直置きのシステムを成立
させることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例に係るウエハステージの
底面図である。

【図２】 図１のステージに用いられる定盤材料のＢＨ
曲線比較図である。

【図３】 図１のステージに用いられる定盤材料および
与圧磁石の方向による走査抵抗比較図である。

【図４】 図１のステージに用いられる定盤材料および
与圧磁石の方向によるばね定数比較図である。

【図５】 本発明の第２実施例に係るウエハステージの
底面図である。

【図６】 本発明の第３実施例に係るウエハステージの
底面図である。

【図７】 図６のステージに用いられる定盤材料のＢＨ
曲線比較図である。

【図８】 図６のステージに用いられる定盤材料および
与圧磁石の方向による走査抵抗比較図である。

【図９】 図６のステージに用いられる定盤材料および
与圧磁石の方向によるばね定数比較図である。

【図１０】 本発明の第４実施例に係るウエハステージ
の底面図である。

【図１１】 従来例であり本発明の適用対象であるウエ
ハステージの全体図である。

【図１２】 図１１のウエハステージの分解図である。

【図１３】 与圧磁石としての磁石ユニット図である。

【図１４】 本発明のステージの適用対象例としての走
査型露光装置の全体図である。

【図１５】 本発明のステージの適用対象例としての他
の走査型露光装置の全体図である。

【符号の説明】

１：ベース定盤、２：Ｙヨーガイド、３：Ｙステージ、
３ａ：Ｘヨーガイド、３ｂ：Ｙスライダ大、３ｃ：Ｙス
ライダ小、３ｅ：与圧磁石、４：Ｘステージ、４ａ：Ｘ
ステージ側板、４ｂ：Ｘステージ天板、４ｃ：Ｘステー
ジ底板、４ｄ：エアパッド、４ｅ：与圧磁石、６ａ，７
ａ：固定子、６ｂ，７ｂ：可動子、６ｃ，７ｃ：コイ
ル、７ｄ：磁石連結板、８：Ｙ固定子固定部材、３０：
床（または地面）、３１：除振手段、３３：ウエハステ
ージ、３４：鏡筒支持部材、３５：縮小投影光学系、３
６：レチクルステージベース、３７：レチクルステー
ジ、３８：照明系、４１：外筒、４２，４３：干渉計基
準、４５：鏡筒定盤。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定盤上に設けられた第１のガイドに沿っ
   て該定盤上を第１の方向に移動可能な第１のステージ
   と、第１のステージ上に設けられた第２のガイドに沿っ
   て該定盤上を第１の方向と交差する第２の方向に移動可
   能な第２のステージと、前記第１および第２のステージ
   に設けられ該第１および第２のステージをそれぞれ前記
   定盤上に浮上させる第１および第２の流体静圧付与手段
   と、前記第１および第２のステージに設けられ該第１お
   よび第２のステージをそれぞれ前記定盤へ向けて吸引す
   る第１および第２の与圧磁石とを具備する静圧ステージ
   において、前記第１および第２の与圧磁石がそれぞれ複
   数の矩形磁石片をそれらの辺を接して一次元に配列した
   ものであることを特徴とする静圧ステージ。
2. 【請求項２】 前記一次元の磁石の並びに沿う方向と前
   記第１の方向とが直交することを特徴とする請求項１記
   載の静圧ステージ。
3. 【請求項３】 前記第１の方向と第２の方向が直交して
   おり、これらの方向の一方をスキャン方向、他方をステ
   ップ方向とする走査型露光装置にウエハステージとして
   配設されていることを特徴とする請求項１または２記載
   の静圧ステージ。
4. 【請求項４】 前記第１の方向がスキャン方向であり、
   前記第２の与圧磁石を構成する磁石片の一次元の磁石並
   びに沿う方向と該スキャン方向が直交することを特徴と
   する請求項３記載の静圧ステージ。
5. 【請求項５】 前記第２の方向がスキャン方向であり、
   前記第２の与圧磁石を構成する磁石片の一次元の磁石並
   びに沿う方向と該スキャン方向が直交することを特徴と
   する請求項３記載の静圧ステージ。
6. 【請求項６】 前記第２の方向がステップ方向であり、
   前記第２の与圧磁石を構成する磁石片の一次元の磁石並
   びに沿う方向と該ステップ方向が直交することを特徴と
   する請求項３記載の静圧ステージ。
7. 【請求項７】 前記第１の方向がステップ方向であり、
   前記第２の与圧磁石を構成する磁石片の一次元の磁石並
   びに沿う方向と該ステップ方向が直交することを特徴と
   する請求項３記載の静圧ステージ。
8. 【請求項８】 前記定盤が、Ｎｉ系鋳物または低炭素鉄
   系材料からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれ
   かに記載の静圧ステージ。
9. 【請求項９】 前記定盤が、床に除振手段を介して設置
   され、該定盤上に前記走査型露光装置を構成する投影光
   学系およびレチクルステージが搭載されていることを特
   徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の静圧ステー
   ジ。
10. 【請求項１０】 前記定盤が、除振手段を介さず床と直
    結され、前記走査型露光装置を構成する投影光学系およ
    びレチクルステージは除振手段を介して床に設置された
    他の定盤上に搭載されていることを特徴とする請求項１
    〜８のいずれかに記載の静圧ステージ。
11. 【請求項１１】 前記静圧を発生するための流体が空気
    であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記
    載の静圧ステージ。