(57)【要約】【課題】高精度な浮上位置決めが可能であり、可動台が傾いた状態からも浮上させることができるステージ装置を提供する。【解決手段】  可動台３を浮上用電磁石４で支持して固定部２に対して直交２軸方向に移動可能にするとともに、Ｙ．Ｘ軸リニアモータ５、６で可動台３を駆動して位置決めするステージ装置１において、光学機器からの光軸と干渉せぬように浮上用電磁石４を分割して配置し、固定台２および可動台３にそれぞれ光軸用貫通斜面穴９を設け、浮上用電磁石４および浮上用磁性片１７の一方の表面を非磁性材料２０で覆い、狭小ギャップのギャップセンサ１０がターゲット１１に衝突しないようにストッパとして作用させ、固定台２に設けたギャップセンサ１４により可動台下降時の固定台２に対する可動台３の傾きを計測して直動アクチュエータ１８で可動台３の傾きを補正する。【選択図】図１
2006287033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮上用電磁石を配設して成る固定台と、前記浮上用電磁石に作用する浮上用磁性片を備えて非接触磁気浮上方式により前記固定台内に支持される可動台と、前記可動台を２次元平面内で制御駆動するリニアモータから成るステージ装置において、
前記可動台の中央に２次元リニアセンサを配設し、
前記リニアモータが前記２次元リニアセンサの検出信号を基に制御駆動し、
前記可動台に対向するよう少なくとも３個づつ前記浮上用電磁石を前記固定台に配設し、前記浮上用磁性片に対向して配置される前記浮上用電磁石の形状を、前記可動台に作用する浮上力の作用点と前記可動台の重心位置の相対関係が、前記可動台の移動位置に係わらず一定となるように、前記可動台の移動ストロークに対応した形状としたことを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
前記固定台が、２次元平面の１軸方向の両端が開口するとともに、下面に前記軸方向に伸びる溝状の開口を備えた略矩形の形状をし、光学機器からの光軸が前記固定台の天板の厚み方向に斜めに貫通入射し、かつ斜めに貫通出射するための少なくとも２個の貫通斜面穴を前記固定台天板に設け、前記可動台の中央部に上方から下方へ貫通する貫通穴を設けたことを特徴とする請求項１記載のステージ装置。
【請求項３】
前記浮上用電磁石および前記浮上用磁性片の互いに対向する少なくとも一方の表面を非磁性材料で覆ったことを特徴とする請求項１又は２記載のステージ装置。
【請求項４】
前記リニアモータの固定子および可動子の互いに対向する少なくとも一方の表面を非磁性材料で覆ったことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のステージ装置。
【請求項５】
前記可動台を矩形に形成し、かつ前記可動台の２次元平面内での回転角度を検出する回転検出ギャップセンサを前記矩形固定台に設け、一方、低精度ギャップセンサの検出対象であるターゲットとプッシャ付き直動アクチュエータを前記矩形台に設け、前記回転検出ギャップセンサの検出信号に基づいて前記直動アクチュエータの前記プッシャを可動させて前記可動台の２次元平面内での回転角度を補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のステージ装置。
【請求項６】
前記可動台と前記固定台間のギャップを計測する低精度ギャップセンサを前記固定台に設け、前記低精度ギャップセンサの検出対象であるターゲットを前記可動台に設け、前記可動台の浮上時に前記低精度ギャップセンサからの信号を基に浮上制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のステージ装置。
【請求項７】
前記低精度ギャップセンサと前記回転検出ギャップセンサがそれぞれ前記可動台に備えているセンサターゲットを兼用したことを特徴とする請求項６記載のステージ装置。
【請求項８】
前記直動アクチュエータが前記回転検出ギャップセンサの検出信号に基づいて回転補正した後に、前記可動台を浮上制御するようにしたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項記載のステージ装置。
【請求項９】
前記可動台と前記固定台間のギャップを計測する高精度ギャップセンサを前記可動台に設け、前記高精度ギャップセンサの検出対象であるターゲットを前記固定台に設け、前記可動台の浮上後の前記高精度ギャップセンサの信号を基に浮上制御することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のステージ装置。
【請求項１０】
前記低精度ギャップセンサと前記高精度ギャップセンサがそれぞれ前記可動台と前記固定台間のギャップを計測し、まず、前記可動台の浮上時に前記低精度ギャップセンサの信号を用いて浮上制御し、浮上後に前記高精度ギャップセンサの信号を用いて浮上制御するようにしたことを特徴とする請求項９記載のステージ装置。
【請求項１１】
前記浮上用磁性片と前記浮上用電磁石との空隙が前記高精度ギャップセンサとそのターゲットとの間隔よりも小さくなるように形成したことを特徴とする請求項９又は１０記載のステージ装置。
【請求項１２】
浮上用電磁石を配設して成る固定台と、前記浮上用電磁石に作用する浮上用磁性片を備えて非接触磁気浮上方式により前記固定台内に支持される可動台と、前記可動台を２次元平面内で制御駆動するリニアモータから成るステージ装置において、
前記可動台の中央に２次元リニアセンサを配設し、
前記リニアモータが前記２次元リニアセンサの検出信号を基に制御駆動し、
前記固定台を、２次元平面の１軸方向の両端が開口するとともに、下面に前記軸方向に伸びる溝状の開口を備えた略矩形の形状にし、
前記可動台を前記固定台の前記開口内に支持し、
前記可動台と前記固定台間のギャップを計測する高精度ギャップセンサを前記可動台に設け、
前記高精度ギャップセンサの検出対象であるターゲットを前記固定台に設け、
前記高精度ギャップセンサの計測範囲内まで前記可動台を上下移動させる可動台昇降機構を前記固定台に備えたことを特徴とするステージ装置。
【請求項１３】
前記可動台昇降機構は微動アクチュエータを有する伸縮機構と、前記微動アクチュエータの微動を変位し拡大する変位拡大機構とから成ることを特徴とする請求項１２記載のステージ装置。
【請求項１４】
前記微動アクチュエータがピエゾアクチュエータであることを特徴とする請求項１３記載のステージ装置。
【請求項１５】
前記変位拡大機構が、前記固定台に固定される支持台と、前記支持台にその中央直角部位を回転自在に支持されたＬ字状輪郭を有するローラサポートと、前記ローラサポートのＬ字の一端に回転自在に支持されたローラと、で構成されたことを特徴とする請求項１４記載のステージ装置。
【請求項１６】
浮上用電磁石を配設して成る固定台と、前記浮上用電磁石に作用する浮上用磁性片を備えて非接触磁気浮上方式により前記固定台内に支持される可動台と、前記可動台を２次元平面内で制御駆動するリニアモータから成るステージ装置において、
前記可動台の中央に２次元リニアセンサを配設し、
前記リニアモータが前記２次元リニアセンサの検出信号を基に制御駆動し、
前記固定台を、２次元平面の１軸方向の両端が開口するとともに、下面に前記軸方向に伸びる溝状の開口を備えた略矩形の形状にし、
前記可動台を前記固定台の前記開口内に支持し、
前記可動台と前記固定台間のギャップを計測する高精度ギャップセンサを前記可動台に設け、
前記高精度ギャップセンサの検出対象であるターゲットを前記固定台に設け、
前記高精度ギャップセンサの検出対象であるターゲットを上下移動させるターゲット昇降機構を前記固定台に備えたことを特徴とするステージ装置。
【請求項１７】
前記ターゲット昇降機構が微動アクチュエータから成ることを特徴とする請求項１６記載のステージ装置。
【請求項１８】
真空チャンバ内に、光源と、前記光源からの光を反射・集光する光学系と、下面にマスクを取付けることのできるステージ装置と、ウエハを載置するウエハステージと、を備えた露光装置において、
前記ステージ装置として、請求項１〜１７のいずれか１項記載のステージ装置を備え、
前記ステージ装置および前記ウエハステージを相対的に移動させて、前記マスク上に描かれた回路パターンの縮小像を前記ウエハ上に形成することを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動台が非接触に支持され、リニアモータで駆動され、任意の位置に位置決めされるステージ装置、およびこのステージ装置を備えた露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路や液晶基板の回路基板を感光基板に転写するために、投影露光装置が使用されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−２６１０００号公報（第１０頁、第１図）
【０００３】
近年マスクパターンの微細化が進み、そこに使用されるステージ装置はより精密な位置決め性能が要求されるようになってきた。
図１０は精密な位置決め性能を満たす特許文献１記載の従来のステージ装置の斜視図である。
図において、１００は従来のステージ装置で、これは固定フレーム１０１と、固定フレーム１０１に対してＸ方向に可動なスライダ１０２と、半導体ウェハＷを保持するサポートプラットフォーム１０３とからなっている。サポートプラットフォーム１０３は、Ｙ方向に沿って動くようにスライダ１０２に取り付けられている。ステージ装置１００は、さらに、Ｘ方向にスライダ１０２を動かす２つのＸリニアモータ１０５と、サポートプラットフォーム１０４がＹ方向に動かされるＹリニアモータ１０６を備えている。サポートプラットフォーム１０４が非接触支持される場合、前記サポートプラットフォーム１０４と固定フレーム１０１間の間隙を計測するために、静電容量型などの高精度変位センサが用いられている。ステージ装置１００は、サポートプラットフォーム１０４を正規の姿勢に保ち、Ｘ方向およびＹ方向に正確に位置決めしている。
【０００４】
以上のように、従来のステージ装置おいて、可動台もしくは被搬送物の位置計測用としてレーザ式干渉計などの光学式計測器を導入しているので、精密な位置決め性能を有していた。しかしながら、レーザの光軸を通す空間を確保することが必要であり、このことが小型化を要求されるステージ装置において容易ではなかった。また、静電容量式や渦電流式等のギャップセンサを用いる場合でも、ギャップセンサが高分解能になるほど検出距離が小さく検出範囲も狭くなるため、ギャップセンサとターゲットは非常に接近して使用することになり、ステージが浮上しすぎた場合にターゲットがギャップセンサに衝突してギャップセンサを破損させたり、浮上用電磁石や浮上用磁性片を破損させる危険性があった。また、下降時にもギャップセンサの検出範囲から外れないようにするには検出範囲が広いギャップセンサを使う必要があり、そうすると分解能を上げることができないという問題があった。
また、非接触軸受けにて支持されたステージの場合は、非浮上時は可動台の拘束が解かれるため固定台に対して可動台が水平面内で傾く可能性がある。その状態から浮上させるためには、可動台が傾いても検出可能なように許容アジマス角度範囲が大きいセンサを用いる必要があった。
【０００５】
さらに、ステージ装置は可動台を正規の姿勢に保ち、Ｘ方向およびＹ方向に正確に位置決めが行われるものであるが、可動台を浮上制御するために、可動台と固定台間の間隙を計測する静電容量型などの高精度変位センサが使用されていたところ、このようなセンサは高精度になるほど計測範囲が狭小化するので、可動台と固定子間の間隙を高精度センサの計測範囲の間隙で組み上げることが非常に難しいという問題があった。
通常、前記可動台を固定台に挿入し組み上げる際には、前記可動台を前記固定台に挿入するために±０．５ｍｍ程度の間隙が必要であるが、この間隙量は、高精度のギャップセンサの計測範囲を超えるため間隙の計測は不可能になった。
よって、可動台が下降して固定台上に着地している状態では計測範囲から外れるため、可動台を着地点から高精度ギャップセンサの計測範囲に入るまで、可動台を浮上制御する計測範囲の広い別センサを設ける必要があった。
また、ステージには、この低精度のギャップセンサやセンサターゲットを取り付けるスペースが必要で、ステージは大きくなり、質量も増加した。
これに伴い、浮上および走行用のアクチュエータや駆動アンプが大きくなり、ステージ部の発熱増大にもつながった。数１０ｎｍ以下の位置決め精度が必要になる投影露光装置のような半導体製造装置のステージにおいては、発熱の増大は走行性能や姿勢精度に影響するとともに、フットプリント（設置面積）の増大にもつながるため大きな問題になった。
さらに、ステージ装置が大型化することにより、駆動電流が増大するために、発熱による熱膨張が機構部品に生じ、走行性能や姿勢精度が低下するという問題も生じていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたもので、ステージが浮上しすぎた場合にターゲットがギャップセンサに衝突してギャップセンサを破損させることなく、高精度な浮上位置決めが可能であり、可動台が傾いた状態からも浮上させることができるステージ装置を提供することを目的とするものである。
また、本来の磁気浮上制御に必要なギャップのみ検出するギャップセンサを装着して、小型のステージ装置を提供することを目的とするものである。
さらに、可動台の位置が変化しても可動台の浮上量を常に一定となるようにして制御性を向上させ、走行性能や姿勢精度が低下することなく、安定した浮上制御が可能なステージ装置を提供することを目的とするものである。
そして、これらの小型のステージ装置を用いることで、簡素な構造でかつ小型で高精度の露光装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、ステージ装置に係り、浮上用電磁石を配設して成る固定台と、前記浮上用電磁石に作用する浮上用磁性片を備えて非接触磁気浮上方式により前記固定台内に支持される可動台と、前記可動台を２次元平面内で制御駆動するリニアモータから成るステージ装置において、前記可動台の中央に２次元リニアセンサを配設し、前記リニアモータが前記２次元リニアセンサの検出信号を基に制御駆動し、前記可動台に対向するよう少なくとも３個づつ前記浮上用電磁石を前記固定台に配設し、前記浮上用磁性片に対向して配置される前記浮上用電磁石の形状を、前記可動台に作用する浮上力の作用点と前記可動台の重心位置の相対関係が、前記可動台の移動位置に係わらず一定となるように、前記可動台の移動ストロークに対応した形状としたことを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のステージ装置において、前記固定台が、２次元平面の１軸方向の両端が開口するとともに、下面に前記軸方向に伸びる溝状の開口を備えた略矩形の形状をし、光学機器からの光軸が前記固定台の天板の厚み方向に斜めに貫通入射し、かつ斜めに貫通出射するための少なくとも２個の貫通斜面穴を前記固定台天板に設け、前記可動台の中央部に上方から下方へ貫通する貫通穴を設けたことを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のステージ装置において、前記浮上用電磁石および前記浮上用磁性片の互いに対向する少なくとも一方の表面を非磁性材料で覆ったことを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載のステージ装置において、前記リニアモータの固定子および可動子の互いに対向する少なくとも一方の表面を非磁性材料で覆ったことを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載のステージ装置において、前記可動台を矩形に形成し、かつ前記可動台の２次元平面内での回転角度を検出する回転検出ギャップセンサを前記矩形固定台に設け、一方、低精度ギャップセンサの検出対象であるターゲットとプッシャ付き直動アクチュエータを前記矩形台に設け、前記回転検出ギャップセンサの検出信号に基づいて前記直動アクチュエータの前記プッシャを可動させて前記可動台の２次元平面内での回転角度を補正することを特徴としている。
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載のステージ装置において、前記可動台と前記固定台間のギャップを計測する低精度ギャップセンサを前記固定台に設け、前記低精度ギャップセンサの検出対象であるターゲットを前記可動台に設け、前記可動台の浮上時に前記低精度ギャップセンサからの信号を基に浮上制御することを特徴としている。
請求項７記載の発明は、請求項６記載のステージ装置において、前記低精度ギャップセンサと前記回転検出ギャップセンサがそれぞれ前記可動台に備えているセンサターゲットを兼用したことを特徴としている。
請求項８記載の発明は、請求項５〜７のいずれか１項記載のステージ装置において、前記直動アクチュエータが前記回転検出ギャップセンサの検出信号に基づいて回転補正した後に、前記可動台を浮上制御するようにしたことを特徴としている。
請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項記載のステージ装置において、前記可動台と前記固定台間のギャップを計測する高精度ギャップセンサを前記可動台に設け、前記高精度ギャップセンサの検出対象であるターゲットを前記固定台に設け、前記可動台の浮上後の前記高精度ギャップセンサの信号を基に浮上制御することを特徴としている。
請求項１０記載の発明は、請求項９記載のステージ装置において、前記低精度ギャップセンサと前記高精度ギャップセンサがそれぞれ前記可動台と前記固定台間のギャップを計測し、まず、前記可動台の浮上時に前記低精度ギャップセンサの信号を用いて浮上制御し、浮上後に前記高精度ギャップセンサの信号を用いて浮上制御するようにしたことを特徴としている。
請求項１１記載の発明は、請求項９又は１０記載のステージ装置において、前記浮上用磁性片と前記浮上用電磁石との空隙が前記高精度ギャップセンサとそのターゲットとの間隔よりも小さくなるように形成したことを特徴としている。
請求項１２記載の発明は、ステージ装置に係り、浮上用電磁石を配設して成る固定台と、前記浮上用電磁石に作用する浮上用磁性片を備えて非接触磁気浮上方式により前記固定台内に支持される可動台と、前記可動台を２次元平面内で制御駆動するリニアモータから成るステージ装置において、前記可動台の中央に２次元リニアセンサを配設し、前記リニアモータが前記２次元リニアセンサの検出信号を基に制御駆動し、前記固定台を、２次元平面の１軸方向の両端が開口するとともに、下面に前記軸方向に伸びる溝状の開口を備えた略矩形の形状にし、前記可動台を前記固定台の前記開口内に支持し、前記可動台と前記固定台間のギャップを計測する高精度ギャップセンサを前記可動台に設け、前記高精度ギャップセンサの検出対象であるターゲットを前記固定台に設け、前記高精度ギャップセンサの計測範囲内まで前記可動台を上下移動させる可動台昇降機構を前記固定台に備えたことを特徴としている。
請求項１３記載の発明は、請求項１２記載のステージ装置において、前記可動台昇降機構は微動アクチュエータを有する伸縮機構と、前記微動アクチュエータの微動を変位し拡大する変位拡大機構とから成ることを特徴としている。
請求項１４記載の発明は、請求項１３記載のステージ装置において、前記微動アクチュエータがピエゾアクチュエータであることを特徴としている。
請求項１５記載の発明は、請求項１４記載のステージ装置において、前記変位拡大機構が、前記固定台に固定される支持台と、前記支持台にその中央直角部位を回転自在に支持されたＬ字状輪郭を有するローラサポートと、前記ローラサポートのＬ字の一端に回転自在に支持されたローラと、で構成されたことを特徴としている。
請求項１６記載の発明は、ステージ装置に係り、浮上用電磁石を配設して成る固定台と、前記浮上用電磁石に作用する浮上用磁性片を備えて非接触磁気浮上方式により前記固定台内に支持される可動台と、前記可動台を２次元平面内で制御駆動するリニアモータから成るステージ装置において、前記可動台の中央に２次元リニアセンサを配設し、前記リニアモータが前記２次元リニアセンサの検出信号を基に制御駆動し、前記固定台を、２次元平面の１軸方向の両端が開口するとともに、下面に前記軸方向に伸びる溝状の開口を備えた略矩形の形状にし、前記可動台を前記固定台の前記開口内に支持し、前記可動台と前記固定台間のギャップを計測する高精度ギャップセンサを前記可動台に設け、前記高精度ギャップセンサの検出対象であるターゲットを前記固定台に設け、前記高精度ギャップセンサの検出対象であるターゲットを上下移動させるターゲット昇降機構を前記固定台に備えたことを特徴としている。
請求項１７記載の発明は、請求項１６記載のステージ装置において、前記ターゲット昇降機構が微動アクチュエータから成ることを特徴としている。
請求項１８記載の発明は、露光装置に係り、真空チャンバ内に、光源と、前記光源からの光を反射・集光する光学系と、下面にマスクを取付けることのできるステージ装置と、ウエハを載置するウエハステージと、を備えた露光装置において、前記ステージ装置として、請求項１〜１７のいずれか１項記載のステージ装置を備え、前記ステージ装置および前記ウエハステージを相対的に移動させて、前記マスク上に描かれた回路パターンの縮小像を前記ウエハ上に形成することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
上記の構成により、光学機器からの光軸が通じる貫通斜面穴が固定台に具備されたことで、別途に光路が設けられることがなくなるため、ステージ装置は小型化される。小型化されることにより、駆動用リニアモータの発熱量は低減され、熱膨張が抑制されることにより、走行性能や姿勢精度は向上する。
また、可動台に作用する浮上力の作用点と可動台の重心位置の相対関係および発生する浮上力が、可動台の移動位置に係わらず一定となるように浮上用電磁石および浮上用磁性片の形状が形成されたことにより、可動台の位置が変化しても可動台の浮上量は常に一定となることから制御性が向上する。
リニアモータの固定子および可動子の一方または両方の表面を非磁性材料で覆うことや、浮上時に低精度ギャップセンサを用い、浮上後に高精度ギャップセンサの信号を用いて浮上ギャップを制御することで、ステージが浮上しすぎた場合にターゲットがギャップセンサに衝突してギャップセンサを破損させることなく、高精度な浮上位置決めが可能であり、ターゲットのＸ方向のギャップセンサ情報に基づいて可動台の回転角度を計測することで、可動台が傾いた状態からも浮上させることができる。
また、可動台全体を昇降させる機構を前記固定台の下部に設ける、または、固定台と可動台との間隙を計測するためのギャップセンサのセンサターゲットを上下動させる機構を設けることにより、可動台が固定子の下部に着地した状態でも間隙計測が可能な長い計測範囲を持つギャップセンサとそのセンサターゲットを取り除くことができ、ステージの小型化と軽量化および装置の省フットプリントが達成できるとともに、安価なステージ装置が得られる。
可動台が非接触に支持されたステージ装置により、簡素な構造でかつ小型で高精度の露光装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は本発明に係るステージ装置を説明する図で、（ａ）はステージ装置の上面図、（ｂ）は、同じくＹ軸方向から見た側面図である。
図において、１はステージ装置、２は固定台、３は可動台、４は浮上用電磁石、５はＹ軸リニアモータ、６はＸ軸リニアモータ、８は２次元リニアセンサである。
ステージ装置１は、浮上用電磁石４と、Ｙ軸リニアモータ５と、Ｘ軸リニアモータ６と、２次元リニアセンサ８等を具備した固定台２と、Ｙ軸リニアモータおよびＸ軸リニアモータ６から位置決めされる可動台３から構成されている。
固定台２は、Ｙ軸方向の両端が開口するとともに、下面にＹ軸方向に伸びる溝状の開口を備えた略矩形の形状をしており、貫通斜面穴９が天板に設けられている。貫通斜面穴９は、可動台３またはこの可動台３の下部に取付けられた被搬送物１５の位置を計測する光学式計測器の光軸を通すために、光軸に沿って傾斜して貫通している。光軸が被搬送物１５に当たるように可動台３と交わる箇所に穴１６が設けられている。
また、固定台２は、互いに平行に配置された２組のＹ軸リニアモータ５と１組のＸ軸リニアモータ６を備えている。
また、固定台２の天板と底板には、浮上用電磁石４、Ｙ軸リニアモータ５およびＸ軸リニアモータ６の固定子が上下対称に配置され、浮上用電磁石４は少なくとも３個、ここでは、４分割して図１（ａ）に示すように互いに間隔を開けて光軸を避けて配置されている。
可動台３は固定台２に取り付けられた浮上用電磁石４で支持され、Ｘ軸およびＹ軸方向に自在に移動できる。また、可動台３の上面および下面に、浮上用磁性片１７、Ｙ軸リニアモータ５およびＸ軸リニアモータ６の可動子が配置されている。可動台３はＸ軸リニアモータ６とＹ軸リニアモータ５によって駆動されて、Ｘ軸およびＹ軸方向に自在に移動する。ただし、本実施例ではＸ軸方向のストロークはＹ軸方向に比べて小さい。
２次元リニアスケール７は、可動台３の中央、２組のＹ軸リニアモータ５の中間にＹ軸リニアモータ５と平行に固定されている。２次元リニアスケール７はＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を検出する目盛を刻んだリニアスケールであり、例えば独ハイデンハイン社の２軸座標測長システム（ＰＰ２７１Ｒ、ＰＰ２８１Ｒ）などが用いられる。
２次元リニアセンサ８は、固定台２にＹ軸方向（図１（ｂ）で紙面に垂直方向）に所定の間隔を開けて２台取り付けられている。２次元リニアセンサ８は２次元リニアスケール７の目盛を読んで、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の位置を求めるセンサであり、例えば、前述の独ハイデンハイン社のＰＰ２７１Ｒ、ＰＰ２８１Ｒの２次元リニアエンコーダセンサなどが用いられる。
高精度ギャップセンサ１０は可動台３の上面に設けられ、対向する固定台２にそのターゲット１１が配置されている。
また、低精度ギャップセンサ１２は固定台２に設置され、対向する可動台３にそのターゲット１３が配置されている。
回転検出ギャップセンサ１４は固定台２にＹ軸方向（図１（ｂ）で紙面に垂直方向）に所定の間隔を開けて２個配置されており、対向する可動台３上にＹ軸ストローク分の長さをもつターゲット１３が配置されている。ターゲット１３は低精度ギャップセンサ１２用と兼用されているのが１つの特徴である。
【００１１】
以上のように、本発明が特許文献１と異なる部分は、固定台２は矩形形状であり、かつ２箇所に斜面穴が設けられ、可動台３の移動位置に係わらず対向するように浮上用電磁石４と浮上用磁性片１７が具備された点である。
このように、光学式計測器の光路が通じる穴を固定台に具備したことで、ステージ装置が小型化される。小型化されることにより、発熱量が低減され、熱膨張が抑制されることにより、走行性能や姿勢精度が向上する。
【実施例２】
【００１２】
次に、本発明に係る磁気浮上機構について図２に基づいて説明する。
図２に示すように、磁気浮上機構は、磁気コア４ａと巻線コイル４ｂとから成る浮上用電磁石４と、磁気コア４ａの先端から所定の空隙を介して配置される浮上用磁性片１７とから構成されている。そして、浮上用電磁石４および浮上用磁性片１７の一方または両方は、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）のような樹脂材料やステンレスのような金属材料等からなる非磁性材料２０で覆われている。
また、この所定の空隙は高精度ギャップセンサ１０（図１）とそのターゲット１１（図１）の間隔よりも小さくなるように形成されている。
このように、非磁性材料２０が浮上用電磁石４および浮上用磁性片１７の少なくとも一方をリニアモータの可動子又は固定子の少なくとも一方とを覆うので、可動台が浮上しすぎた際に浮上用電磁石４および浮上用磁性片１７が衝突したとしても樹脂材料で保護されている浮上用電磁石４および浮上用磁性片１７の双方共に破損することがない。
さらに、浮上用電磁石４と浮上用磁性片１７のギャップ間隔を高精度ギャップセンサ１０とターゲット１１のギャップ間隔よりも小さくなるように形成されているので、狭小ギャップの高精度ギャップセンサ１０がターゲット１１に衝突しないようにストッパとして作用するため、高精度ギャップセンサ１０とターゲット１１が衝突することがなく、高価な高精度ギャップセンサ１０が破損されることもない。
【実施例３】
【００１３】
次に、実施例３に係る可動台平行化機構について図３を基に説明する。
回転検出ギャップセンサ１４（図１）は可動台３のＸ方向位置を計測し、２つのセンサ回転検出ギャップ１４、１４の各信号の差分値から、固定台２に対する可動台３のＸ方向の傾きが求められる。矩形状可動台３はその辺が常に固定台２の縁部に対して平行状態に維持されなければならないのであるが、何らかの原因で矩形状可動台３が固定台２の縁部に対して傾いた場合、実施例３に係る可動台平行化機構によって簡単に回転補正される。例えば、図３（ａ）に示すように可動台３が２次元リニアセンサ８の許容相対角度以上の傾きを持っていた場合には、互いに距離を設けて配置されている２個の直動のアクチュエータ１８、１８がそのプッシャ１８ａ、１８ａで図３（ｂ）に示すように可動台３に向けて押し出すので、可動台３が固定台２の反対方向に設けた２個の位置決めブロック１９に押し付けられることによって、可動台３を簡単に固定台２と平行にすることができるというものである。
このように、可動台平行化機構によって可動台３が固定台２と平行にされたら、次に、可動台３は低精度ギャップセンサ１２の検出信号を基に着地位置から高精度ギャップセンサ１０の計測範囲まで浮上され、その後、高精度ギャップセンサ１０の検出信号に基づいて精密な浮上制御がなされるようになり、可動台３は２次元リニアセンサ８の位置信号に基づいてＸ軸リニアモータ６とＹ軸リニアモータ５によって駆動され、被搬送物１５は目標位置に位置決めされる。
【００１４】
次に、移動位置における浮上用電磁石４と浮上用磁性片１７との対向関係について  図４を用いて説明する。
可動台３が浮上した場合の浮上用電磁石４と浮上用磁性片１７は、図４（ａ）に示すように一定距離で対向した位置関係である。また、可動台３が平面内で移動して位置決めされた場合も、浮上用電磁石４と浮上用磁性片１７は、図４（ｂ）に示されるように一定距離で対向した位置関係が保たれている。このように可動台３の位置決め位置に係わらず、浮上用電磁石４と浮上用磁性片１７は、常に一定距離で対向するように配置されている。
【実施例４】
【００１５】
図５は本発明の実施例４に係るステージ装置で、（ａ）はステージ装置の上面図、（ｂ）は、同じくＹ軸方向から見た側面図である。
図５の装置が図１の装置と異なる点は、可動台３を浮上制御可能な計測範囲内まで昇降させる可動台昇降機構２６を可動台３の下部側に複数箇所（少なくとも４箇所が好ましい）個で配備している点である。休止時には可動台３を装置の下方に休止させておき、動作時に可動台昇降機構２６で可動台３を持ち上げ、の浮上制御用センサ１０の計測範囲に入るまで浮上させ、以後、浮上制御用センサ１０のコントロール内に置く。このように可動台昇降機構２６を配備することで、下方に休止している可動台３の距離をセンシングすることのできる高価な制御用センサを用いなくてもよくなる。
【００１６】
図６は可動台昇降機構２６の正面図と側面図である。
ローラサポート２９が支持台３０に回転自在に支持されている。ローラサポート２９はＬ字状輪郭を有しており、その一端にローラ２８を回転自在に支持しており、その他端にはピエゾアクチュエータ２１のロッド２２の先端が接している。
ロッド２２が伸縮することによって、ローラサポート２９が支持点２３を中心に回転し、ローラ２８の位置を昇降させる仕組みになっている。
この場合、支持点からロッド２２の接する点２９ａまでの距離よりも、支持点からローラ２８の回転取付け点２９ｂまでの距離を長くすることによって、ロッド２２が例え微動アクチュエータであっても、その水平方向の微動を垂直方向に変位させると共に、拡大することができる。
【００１７】
次に、実施例４に係るステージ装置の動作を図５および図６を用いて説明する。
可動台３（図５）が着地点まで下降し、ローラ２８（図６）上で静止している場合は、浮上制御用の高精度のギャップセンサ１０は計測範囲から外れている。よって、少なくとも４個のローラ部１８に組み込まれた昇降機構２６を駆動させて、可動台３を浮上制御用センサ１０の計測範囲に入るまで機械的に浮上させる。この固定台２と可動台３間の間隙値を計測して記憶しておく。この値は、浮上制御しながら可動台３を下降させローラ２８上に着地させるときに用いられる。可動台３を高精度ギャップセンサ１０の計測範囲内まで持ち上げた状態で、浮上電磁石４と浮上制御用センサ１０によって浮上制御し、前記可動台３を磁気的に非接触支持する。
非接触支持が完了したら、昇降機構２６を駆動してローラ２８を下降させる。
次に、ステージ運転停止時にローラ２８上に可動台３を着地させるときの手順を示す。可動台３の走行を停止し、可動台３を浮上させた位置まで移動させた後、昇降機構２６のローラを昇降させる。可動台３を浮上制御しながら、先の可動台３を昇降させた時に記憶した間隙値に一致するまで、可動台３を低速で下降させ、ローラ２８上に着地させる。可動台３の浮上制御を停止させたのち、ローラ２８の昇降機構２６にて可動台３全体を下降させて、着地動作を完了させる。
以上のように、本発明に係るステージ装置によれば、可動台３が着地時に支持するローラ２８に昇降機構２６を付加することにより、可動台３を着地点から浮上、または、着地点まで下降させるために設けていた低精度のギャップセンサ１２を無くすことができ、小型のステージ装置が得られる。
【実施例５】
【００１８】
図７は、本発明の実施例５に係るステージ装置で、（ａ）はステージ装置の上面図、（ｂ）は、同じくＹ軸方向から見た側面図である。
図７の装置が図１の装置と異なる点は、高精度のギャップセンサ１０のターゲット１１を上下動させるターゲット上下動機構を備えた点である。ギャップセンサターゲット１１を上下動させる機構２７には、ピエゾアクチュエータ２４が組み込まれている。
【００１９】
図８は本発明に係るターゲット上下機構の側面図である。
固定台２の天板に設けた貫通穴にピエゾアクチュエータ２４、２４を取付け、その各ロッド２５、２５は固定台２の天板の下まで伸縮自在に貫通している。一対のピエゾアクチュエータ２４のロッド２５、２５の先端間にはセンサターゲット１１が取付けられており、ロッド２５の伸縮によりセンサターゲット１１を上下動させる仕組みになっている。
次に、ターゲット上下機構２７の動作について図７および図８を用いて説明する。可動台３（図７）が昇降機構２６のローラ２８（図６）上に着地し静止している位置では、浮上制御用の高精度ギャップセンサ１０（図７）の計測範囲から外れている。よって、固定台２の上部天板の下面に設けられ４個のセンサターゲット１１（図７，図８）のターゲット上下機構２７を駆動し、センサターゲット１１を最下点まで下降させる。この位置は、浮上制御用の高精度ギャップセンサ１０が計測可能な領域である。センサターゲット１１を最下点まで下降したときの固定台２と可動台３間の間隙値を計測して記憶しておく。この間隙値は、可動台３を浮上制御しながら降下させ昇降機構２６のローラ２８に静かに着地させる際に用いられる。センサターゲット１１が最下点の位置で、浮上電磁石４と高精度ギャップセンサ１０で浮上制御し、可動台３を磁気的に非接触支持する。この状態からターゲット上下機構２７によってセンサターゲット１１を徐々に低速で上昇させ、センサターゲット１１を最初の位置まで戻す。この位置が通常の浮上走行制御を行わせる位置である。
逆に、可動台３を下降させ昇降機構２６のローラ２８上に着地させるときの手順を示す。可動台３の走行を停止し、可動台３を降下させる位置まで可動台３を移動させる。浮上制御した状態で、センサターゲット１１との間隙値を保ちながら、センサターゲット１１を徐々に下降させながら可動台３を下降させて可動台昇降機構２６のローラ２８上に可動台３を着地させる。可動台昇降機構２６のローラ２８に着地させる位置は、先に記憶させていたセンサターゲット１１を最下点まで下降させたときの固定台２と可動台３間の間隙値である。可動台３の着地が完了したら浮上制御をオフし、可動台３の下降動作を完了させる。
【００２０】
以上のように、本発明に係るステージ装置によれば、可動台３を浮上制御可能な位置まで、センサターゲット１１を下降させ、浮上制御しながら通常の浮上走行制御を行う位置までセンサターゲット１１を上昇させる機構２７を設けることにより、着地点からの浮上用に設けていた低精度の長い計測範囲を有すギャップセンサ１２を無くすことができ、小型のステージ装置が得られる。
【実施例６】
【００２１】
図９は、本発明の実施例６に係るステージ装置を備えた露光装置の図である。
３１は露光装置であり、３２は露光装置３１を収納する真空チャンバーである。３３は光源であり、波長１３．５〜４００ｎｍのＥＵＶ光を発する。３４はステージ装置であり、前記第１から３の実施例で説明したいずれかの２軸位置決め装置である。ステージ装置３４の下面にはマスク３５が取り付けられている。マスク３５にはウェハ３６に形成される回路のパターンが描かれている。ウェハ３６はウェハステージ３７に載置されている。
光源３３を発したＥＵＶ光は集光ミラー３８で集光され、マスク３５で反射され、凹面ミラー３９、凸面ミラー４０、４１、凹面ミラー４２の順に反射を繰り返して、ウェハ３６に達する。また、ステージ装置３４およびウェハステージ３７は、ウェハ３６の表面にマスク３５上に描かれた回路パターンの縮小像をウェハ３６上に形成するように、相対的に位相を合せて移動する。
このステージ装置３４として、本発明に係るステージ装置を使用することにより、簡素な構造でかつ小型で高精度の露光装置が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、半導体製造等の分野で、対象物を平面内で自在に位置決めするステージ装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るステージ装置を説明する図で、（ａ）はステージ装置の上面図、（ｂ）は、同じくＹ軸方向から見た側面図である。
【図２】本発明に係る磁気浮上機構の正面図である。
【図３】本発明に係る可動台平行化機構の動作を説明する平面図で、（ａ）は平行化する前、（ｂ）は平行化後である。
【図４】浮上用電磁石と浮上用磁性片との対向関係を説明する正面図で、（ａ）は移動前、（ｂ）は移動後である。
【図５】本発明に係るステージ装置で、（ａ）はステージ装置の上面図、（ｂ）は、同じくＹ軸方向から見た側面図である。
【図６】本発明に係る可動台昇降機構の正面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図７】本発明に係るステージ装置で、（ａ）はステージ装置の上面図、（ｂ）は、同じくＹ軸方向から見た側面図である。
【図８】本発明に係るターゲット上下機構の側面図である。
【図９】本発明に係るステージ装置を備えた露光装置の原理図である。
【図１０】従来のステージ装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  ステージ装置
２  固定台
３  可動台
４  浮上用電磁石
４ａ  磁気コア
４ｂ  巻線コイル
５  Ｙ軸リニアモータ
６  Ｘ軸リニアモータ
８  ２次元リニアセンサ
９  貫通斜面穴
１０  高精度ギャップセンサ
１１  高精度ギャップセンサターゲット
１２  低精度ギャップセンサ
１３  低精度ギャップセンサ及び回転検出ギャップセンサ兼用ターゲット
１４  回転検出ギャップセンサ
１５  被搬送物
１７  浮上用磁性片
１８  直動アクチュエータ
１８ａ  プッシャ
１９  位置決めブロック
２０  非磁性材料
２１  ピエゾアクチュエータ
２２  ロッド
２３  支持点
２４  ピエゾアクチュエータ
２５  ロッド
２６  可動台昇降機構
２７  ターゲット上下機構
２８  ローラ
２９  ローラサポート
２９ａ  接点
２９ｂ  ローラ付け点
２０  支持台
３１  露光装置
３２  真空チャンバー
３３  光源
３４  ステージ装置
３５  マスク
３６  ウェハ
３７  ウェハステージ
３８  集光ミラー
３９、４２  凹面ミラー
４０、４１  凸面ミラー
【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】
2006287033.tif 000009
【図８】
2006287033.tif 000010
【図９】
2006287033.tif 000011
【図１０】
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