(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
台盤に立設された支持手段の側面に設けられた支持面と該支持面に対向して保持盤に設けられた案内面とを互いに非接触に支持する多孔質絞り型の静圧軸受手段を有する軸受装置において、前記案内面が保持盤と一体である円筒状の案内部材の内周面または外周面であり、前記支持手段に静圧軸受手段および該静圧軸受け手段に加圧流体を供給するかつ前記静圧軸受手段が円筒状円周方向に分割された複数の部材からなり、前記複数の部材のつなぎ目は接着剤によって目止めがされていることを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
台盤に立設された支持手段の側面に設けられた支持面に対向する案内面を有する保持盤と、前記支持面と前記案内面を互いに非接触に支持する多孔質絞り型の静圧軸受手段と、前記保持盤を前記支持面に平行な軸に沿って移動させる第１の駆動手段と、前記保持盤を前記支持面に平行な軸のまわりに回転させる第２の駆動手段を有し、前記案内面が保持盤と一体である円筒状の案内部材の内周面または外周面であり、かつ前記静圧軸受手段が円筒状円周方向に分割された複数の部材からなり、前記複数の部材のつなぎ目は接着剤によって目止めがされていることを特徴とする軸受装置。
【請求項３】
前記第１の駆動手段および前記第２の駆動手段が前記台盤に個別に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体リソグラフィに用いる投影露光装置、各種精密加工機あるいは各種精密測定器等の位置決め装置用として好適な軸受装置およびその軸受装置を用いた位置決め装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体リソグラフィに用いる投影露光装置や各種精密加工機あるいは各種精密測定器等においては、露光されるウエハ等基板や被加工物あるいは被測定物を高精度で位置決めすることが要求されており、加えて、近年では、スループットの向上のために位置決めの高速化が望まれている。
【０００３】
図１０および図１１は、投影露光装置において、投影レンズ系に対するウエハ等基板の焦点合わせや最終的な微動位置決めを行う従来のトップステージをそれぞれ平面図および断面図で示すもので、トップステージＥ0 は、表面にウエハ等基板を真空吸着力等によって吸着する吸着面（図示せず）を備えた円板状の保持盤１０４を有し、保持盤１０４は図示しないＸＹステージの天板１０１上に複数の第１の圧電素子１０５によって支持されている。第１の圧電素子１０５はそれぞれの一端を、弾性ヒンジ１０５ａによって、保持盤１０４の外周縁に隣接する環状部材１０３に弾力的に結合されており、各第１の圧電素子１０５の他端は弾性ヒンジ１０５ｂを介して天板１０１に弾力的に結合され、保持盤１０４と環状部材１０３は複数の第１の板バネ１０３ａによって弾力的に結合されており、また、天板１０１と一体的である複数の支持部材１０２と環状部材１０３の外周縁は、それぞれ、複数の第２の板バネ１０３ｂによって弾力的に連結されている。
【０００４】
第１の圧電素子１０５は、それぞれ個別に供給される駆動電流によって伸縮し、保持盤１０４を天板１０１に対して接近、離間させるとともに、両者の相対的傾斜角度を変化させる。また、保持盤１０４は、環状部材１０３の開口１０３ｃを貫通して径方向外方へのびる突出アーム１０４ａを有し、外突出アーム１０４ａと、環状部材１０３に設けられた突出アーム１０３ｄの間には第２の圧電素子１０６が設けられ、該圧電素子１０６の伸縮によって保持盤１０４と環状部材１０３を相対的に回動する。すなわち、保持盤１０４は、第１の圧電素子１０５をそれぞれ同量だけ駆動することによって、天板１０１の表面に垂直な軸（以下、「Ｚ軸」という）に沿って往復移動され、第１の圧電素子１０５のそれぞれの駆動量を個別に変化させることによってＺ軸に垂直な平面に対する傾斜角度すなわち平面度を調節される。また、第２の圧電素子１０６の駆動によってＺ軸のまわりの回動角度を調節される。保持盤１０４に保持された図示しないウエハは、このような微動調節によってその焦点合わせや最終的位置決めが行われる。
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術によれば、第１の圧電素子によって移動される環状部材に第２の圧電素子が結合されているため、環状部材の質量に大きなアンバランスを生じるとともに、第１および第２の圧電素子を同時に駆動したいときに発生する振動が互いに連成し、動特性が著しく低下して位置決め精度が損なわれる。したがって、トップステージによる位置決めを高速化することができないという問題があった。
【０００６】
また、環状部材と保持盤および天板と一体である支持部材と環状部材の間がそれぞれ板バネによって連結されているため、各圧電素子の駆動量が大きいと、これらの板バネの反力によって環状部材あるいは支持部材が変形し、位置決め精度が低下するおそれもある。加えて、Ｚ軸方向に長ストロークの駆動が不可能であるという問題があった。
【０００７】
上記従来例に代わる発明として、本発明者らによる特開平６−２６７８２３がある。これは、台盤と一体である支持手段の支持面に対向する案内面を有する保持盤と、前記支持面と前記案内面を互いに非接触に支持する静圧軸受手段と、前記保持盤を前記支持面に平行な軸に沿って移動させる第１の駆動手段と、前記保持盤を前記支持面に平行な軸のまわりに回転させる第２の駆動手段を有し、前記第１の駆動手段および前記第２の駆動手段が前記台盤に個別に支持されていることを特徴とする。
案内面が保持盤と一体である円筒状の案内部材の内周面または外周面であるとよい。
また、第１の駆動手段が、保持盤の周方向の異なる部位にそれぞれ連結された少なくとも３個の駆動装置を有するとよい。
第１および第２の駆動手段によってそれぞれ保持盤の軸方向および回転方向の位置決めを行う。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平６−２６７８２３に記載された発明は、上記従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものである。駆動中に大きな振動を発生するおそれがないために位置決めの高速化が容易であり、加えて、駆動量が大きくても位置決め精度が低下するおそれのない位置決め装置を提供している。しかし、ここで例示されている静圧軸受手段は、円筒状およびそれに変わる多孔質軸受パッドを複数配置した構成であり、軸受案内面の支持面に平行な軸（円筒形の中心軸）を含む断面形状は直線をなしている。したがって、保持盤の中心軸に垂直な平面に対する傾斜角度を調節する場合、軸受間隙と軸受高さ寸法により、傾斜角度が制限される。
【０００９】
傾斜角度を大きくしようとすると、軸受間隙を拡大する必要があり、ラジアル方向の軸受剛性が低下し位置決め装置の動特性が劣化する。一方、軸受剛性を向上させようとすると軸受間隙を狭くする必要があり傾斜角度ストロークが小さくなる。
また、位置決め装置の大型化に伴い、静圧軸受手段の大型化も必然となるが、円筒状の多孔質軸受を一体で作るのが困難となる。
【００１１】
本発明の目的は、台盤に立設された支持手段の支持面に対向する案内面を有する保持盤と、前記支持面と前記案内面を互いに非接触に支持する静圧軸受手段を有し、前記案内面が保持盤と一体である案内部材の内周面または外周面である軸受装置において、装置の大型化に対し、生産可能な軸受構成を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段および作用】
上記の目的を達成するために本発明の軸受装置は、台盤に立設された支持手段の側面に設けられた支持面と該支持面に対向して保持盤に設けられた案内面とを互いに非接触に支持する多孔質絞り型の静圧軸受手段を有する軸受装置において、前記案内面が保持盤と一体である円筒状の案内部材の内周面または外周面であり、前記支持手段に静圧軸受手段および該静圧軸受け手段に加圧流体を供給するかつ前記静圧軸受手段が円筒状円周方向に分割された複数の部材からなり、前記複数の部材のつなぎ目は接着剤によって目止めがされていることを特徴とする。
さらに、本発明の軸受装置は、台盤に立設された支持手段の側面に設けられた支持面に対向する案内面を有する保持盤と、前記支持面と前記案内面を互いに非接触に支持する多孔質絞り型の静圧軸受手段と、前記保持盤を前記支持面に平行な軸に沿って移動させる第１の駆動手段と、前記保持盤を前記支持面に平行な軸のまわりに回転させる第２の駆動手段を有し、前記案内面が保持盤と一体である円筒状の案内部材の内周面または外周面であり、かつ前記静圧軸受手段が円筒状円周方向に分割された複数の部材からなり、前記複数の部材のつなぎ目は接着剤によって目止めがされていることを特徴とする。
さらに、本発明の位置決め装置は、前記第１の駆動手段および前記第２の駆動手段が前記台盤に個別に支持されていることを特徴とする。
上記構成において、大型の円筒状の多孔質軸受を作ることが可能となる。
【００１４】
【実施例】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施例に係る位置決め装置を軸方向の断面で示す縦断面図であって、本実施例の位置決め装置Ｅ１は、公知の投影露光装置のＸＹステージの天板である台盤１と、これに一体的に設けられた円筒状の支持手段である固定部材２と、その支持面である外周面に遊合する円筒状の案内部材３と、該案内部材３の図示上端に一体的に結合された保持盤４と、保持盤４を台盤１に対して接近、離間させる３個の第１の駆動手段であるＺリニアモータ５ａ〜５ｃ（但しモータ５ｂと５ｃは図示していない）と、保持盤４を台盤１に対して回転させる１個の第２の駆動手段であるθリニアモータ６を有し、保持盤４の表面には図示しないウエハが真空吸着力によって吸着される。固定部材２の外周面と案内部材３の案内面である内周面とは、固定部材２の外周面に保持された環状の多孔質絞り型の静圧軸受手段である多孔質パッド７から噴出される加圧流体の静圧によって互いに非接触に支持され、従って、保持盤４は、固定部材２と案内部材３の中心軸（以下、「Ｚ軸」という）に沿って往復移動自在であるとともに、Ｚ軸のまわりに回動自在である。また、多孔質パッド７の軸受間隙の許す範囲内において、Ｚ軸に対して傾斜自在であり、多孔質パッド７のＺ軸方向の寸法を小さくすることで、Ｚ軸に対する傾斜角の許容値を大きくすることができる。さらに、案内部材３、保持盤４およびこれに吸着されたウエハの重量の大部分は固定部材２に設けられた段差２ａと案内部材３に設けられた段差３ａによって形成される付勢手段である予圧室８の加圧流体の圧力によって支持される。
【００１５】
図３は図１の装置を保持盤４を除いた状態で示す模式平面図であり、図２は図１の装置を図３のＡ−Ｃ線からみた断面で示す断面図である。なお、図１は、図３のＡ−Ｂ線からみた断面で示す断面図である。
図２に示すように、案内部材３は多孔質パッド７および予圧室８にそれぞれ加圧流体を供給する内部流路７ａおよび８ａを有し、また、案内部材３の図示下端と固定部材２の間にはラビリンスシール８ｂが形成されている。なお、多孔質パッド７と案内部材３との間の間隔の寸法は７μｍ程度であり、またラビリンスシール８ｂの間隔寸法は約１５μｍである。
【００１６】
図２および図３に示すように、Ｚリニアモータ５ａ〜５ｃは案内部材３の外側に周方向に等間隔で配設されている。各Ｚリニアモータ５ａ〜５ｃの可動子５ｄは内面に永久磁石を有する筒状の枠体であり、該枠体は案内部材３の外周面に固着されており、また、各Ｚリニアモータ５ａ〜５ｃの固定子５ｅは台盤１と一体である支持体１ａに固着されたコイルであり、図示しない配線によって所定の駆動回路に接続され、該駆動回路から供給される電流量に応じてＺ軸方向へ駆動される。各Ｚリニアモータ５ａ〜５ｃに供給される電流量が同じであれば、保持盤４はその平面度を維持しつつＺ軸方向に移動し、各Ｚリニアモータ５ａ〜５ｃに供給される電流量を個別に変化させることによって保持盤４の平面度すなわちＺ軸に対する傾斜角度を変化させることができる。
【００１７】
図３に示すように、θリニアモータ６は互いに隣接するＺリニアモータ５ａ〜５ｃの任意の２つの間に配設され、図１および図３に示すように、その可動子６ａは内面に永久磁石を有する筒状の枠体であり、該枠体は案内部材３の外周面に固着されている。θリニアモータ６の固定子６ｂは台盤１と一体である支持体１ｂに固着されたコイルであり、図示しない配線によって所定の駆動回路に接続され、該駆動回路から供給される電流量に応じて可動子６ｂが保持盤４の周方向へ駆動され、保持盤４がＺ軸の回りに回動する。
【００１８】
図１に示すように、台盤１は各Ｚリニアモータ５ａ〜５ｃに隣接する第１の非接触型の変位センサ９ａ〜９ｃを有し、各変位センサ９ａ〜９ｃは保持盤４の図示下面に対向する検出端を有し、保持盤４のＺ軸方向の位置の変化を検出する。また、台盤１は、図３に示すように、保持盤４の一側縁に対向する一対の第２の非接触型の変位センサ１０ａ，１０ｂを有し、両者はその出力の差から保持盤４のＺ軸のまわりの回動角度を検出する。
第１および第２の変位センサ９ａ〜９ｃおよび１０ａ，１０ｂの出力を前述の駆動回路にフィードバックすることにより、保持盤４の微動位置決めを自動的に行うことができる。
【００１９】
図４および図５は図１の装置の一部分を拡大して示す拡大部分断面図である。図４に示すように、多孔質パッド７の断面形状は、多孔質パッド７の外周面と案内部材３の内周面との間に形成される間隙がＺ方向の軸受部中心近傍で狭く、軸受端部に向かうにつれ広くなるような形状を有している。ここで、軸受間隙の寸法は、ｈ1 ，ｈ2 が７μｍ程度であり、最小寸法ｈ0 が３μｍ程度である。グラフＰ1 は軸受間隙部の圧力分布線図であり、縦軸は軸受部のＺ軸方向の位置、横軸は軸受間隙部の圧力を示している。
【００２０】
グラフＰ0 は多孔質軸受の断面形状が破線ｋで表す矩形であるときの圧力線図である。各々の最大圧力値を比べるとグラフＰ1 の方が高く、こうした圧力分布を示す静圧軸受の方がラジアル方向（軸受の半径方向）に高剛性な静圧軸受となる。
【００２１】
本実施例は、Ｚリニアモータ５ａ〜５ｃおよびθリニアモータ６がそれぞれ個別に台盤１上に支持されており、また、保持盤４と台盤１が非接触であるため、保持盤４の移動中に大きな振動が発生するおそれがない。また、予圧室８によって保持盤４や保持されたウエハの重量の大部分を支えているため、Ｚリニアモータ５ａ〜５ｃやθリニアモータ６の駆動力が小さくてすむ。
【００２２】
なお、保持盤４の平面度を変化させた場合、すなわち、Ｚ軸に対する傾斜角度を変化させた場合は、これに伴って多孔質パッド７の軸受間隙の寸法と、ラビリンスシール８ａの間隙寸法と、各Ｚリニアモータ５ａ〜５ｃおよびθリニアモータ６のそれぞれの永久磁石とコイルの間隙寸法が変化するが、露光装置の焦点合わせや最終的な位置決めを行う位置決め装置においては、このような変化は微量であるため、多孔質パッド７と案内部材３が接触したりラビリンスシール８ａの性能が著しく低下したり、あるいはリニアモータの駆動量が著しく制限されるおそれはない。すなわち、通常は、リニアモータの最小間隙は１〜２ｍｍ程度であり、例えば、図５に示すように、多孔質パッド７の軸受面の直径ｄ、Ｚ軸方向の寸法Ｗ、軸受間隙の中心部の寸法ｈ0 、軸受間隙の両端の寸法ｈ1 ，ｈ2 としたとき、ｄ＝２００ｍｍ、Ｗ＝２０ｍｍ、保持盤４の傾斜角度の微調節量αが３×１０-4ｒａｄであれば、軸受間隙の寸法の変動量（ｈ1 −ｈ2 ）／２は約３μｍとなるが（ｈ0 の変動量は無視できるほど小さい）、前述のように、多孔質パッド７の間隙寸法ｈ1 ，ｈ2 の初期設定値は７μｍ、ラビリンスシールの間隙寸法は１５μｍに設定されているため、上記した多孔質パッド７と案内部材３接触等のトラブルは発生しない。また、各リニアモータの可動子のストローク長は５ｍｍ程度まで可能である。
【００２３】
図６は本発明の第２の実施例に係る位置決め装置の静圧軸受部分を示すもので、本実施例は第１の実施例の多孔質軸受７の替わりに、断面が凸型の形状をした環状の多孔質パッド７１を固定部材２に設けた構成である。凸部の段差寸法Ｓは４μｍ程度である。
【００２４】
図７は第３の実施例に係る静圧軸受部分を示すもので、本実施例は第１の実施例の多孔質軸受７の替わりに、断面が円弧状の形状をした環状の多孔質パッド７２を固定部材２に設けた構成である。寸法Ｕは４μｍ程度である。
【００２５】
これらの実施例に示すように、多孔質パッドの断面形状は、静圧軸受部の間隙がＺ方向の軸受部中心近傍で狭く、軸受端部に向かうにつれ広くなるような形状であれば、ラジアル方向（軸受の半径方向）に高剛性な静圧軸受が設計可能である。
【００２６】
図８および図９は、第４の実施例を示すもので、環状の多孔質パッド７の替わりに、円周方向（θ方向）に分割された複数の多孔質パッド７３を固定部材２に設けた構成になっている。各多孔質パッド７３のつなぎ目は接着剤１０１により目止めがなされている。
静圧軸受のラジアル方向（半径方向）の剛性アップを図る場合、多孔質パッドの軸受面の直径ｄｐを拡大することが必要であるが、一体で成形される多孔質部材の大型化が困難という制約を受ける。
前記分割構造は、円環状の一体構造に比べて、ラジアル方向の静圧軸受剛性が若干低下するものの、静圧軸受径の大型化（直径ｄｐの大型化）に対応可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、大型の円筒状の多孔質軸受を作ることが可能であるため、ウエハの大型化に対応可能な位置決め装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例を図３のＡ−Ｂ線からみた断面で示す断面図である。
【図２】  本発明の第１の実施例を図３のＡ−Ｃ線からみた断面で示す断面図である。
【図３】  本発明の第１の実施例を保持盤を除いた状態で示す模式平面図である。
【図４】  本発明の第１の実施例の一部分を拡大して示す拡大部分断面図である。
【図５】  本発明の第１の実施例の一部分を拡大して示す拡大部分断面図である。
【図６】  本発明の第２の実施例の一部分を拡大して示す拡大部分断面図である。
【図７】  本発明の第３の実施例の一部分を拡大して示す拡大部分断面図である。
【図８】  本発明の第４の実施例に係る多孔質パッドを示す斜視図である。
【図９】  図８の多孔質パッドの一部分を拡大して示す拡大部分断面図である。
【図１０】  従来例を示す模式平面図である。
【図１１】  図１０のＥ−Ｅ線に沿ってとった断面図である。
【符号の説明】
１：台盤、２：固定部材、３：案内部材、４：保持盤、５ａ，５ｂ，５ｃ：Ｚリニアモータ、６：θリニアモータ、７，７１，７２，７３：多孔質パッド、８：予圧室、９ａ，９ｂ，９ｃ，１０ａ，１０ｂ：変位センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003728008.tif 000008
【図８】
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【図９】
0003728008.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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