(57)【要約】【課題】真空内でも安定性に優れた真空対応ステージ装置を提供することを目的としている。【解決手段】真空内で使用するステージ装置において、ステージ周囲の圧力が変化しても常に静圧軸受の隙間を所定値範囲内に保つように、ステージ装置周囲の圧力を監視する手段を備え、その変化に応じて静圧軸受への供給圧、もしくは静圧軸受の予圧を制御する手段を備えたステージを構成する。または、静圧軸受の隙間を監視する手段を備え、真空チャンバーの圧力が大気から真空に、または真空から大気に変化しても常に静圧軸受の隙間が所定値の範囲内になるように、静圧軸受への供給圧、もしくは静圧軸受の予圧を制御する手段を備えたステージを構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単純浮上型の静圧軸受装置で支持される部分を有する移動可能なステージ装置において、真空中で発振しないように静圧軸受の隙間を調整する手段を備えたことを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
請求項１において、ステージ装置の置かれている真空チャンバーの圧力を測定する手段を備え、且つ該ステージ装置周囲の圧力に応じて該静圧軸受の隙間が所定値を保つように該静圧軸受への供給圧を制御する手段を有することを特徴とするステージ装置。
【請求項３】
請求項１において、ステージ装置の置かれている真空チャンバーの圧力を測定する手段を備え、且つ該ステージ装置周囲の圧力に応じて該静圧軸受の隙間が所定値を保つように該静圧軸受への予圧を制御する手段を有することを特徴とするステージ装置。
【請求項４】
請求項１において、静圧軸受の隙間を測定する手段を備え、ステージ装置周囲の圧力が変化しても該静圧軸受の隙間が所定値を保つように該静圧軸受への供給圧を制御する手段を有することを特徴とするステージ装置。
【請求項５】
請求項１において、静圧軸受の隙間を測定する手段を備え、ステージ装置周囲の圧力が変化しても該静圧軸受の隙間が所定値を保つように該静圧軸受の予圧を制御する手段を有することを特徴とするステージ装置。
【請求項６】
請求項２、３において、ステージ装置の周囲である真空チャンバーの圧力を測定する手段として、大気圧から高真空までを測定できる真空計を用いる。真空計は大気圧から低真空まで測定可能なのものと、低真空から高真空まで測定可能なものに分けても良い。
【請求項７】
請求項４、５における静圧軸受の隙間を測定する手段として、非接触型の変位計を用いることを特徴とする。
【請求項８】
請求項７の非接触型の変位計は真空対応であることを特徴とする。
【請求項９】
請求項８において、非接触型の変位計は静電容量型であることを特徴とする。
【請求項１０】
請求項８において、非接触型の変位計は渦電流型であることを特徴とする。
【請求項１１】
請求項８において、非接触型の変位計は光ピックアップであることを特徴とする。
【請求項１２】
請求項２、４において、静圧軸受への供給圧を制御する手段としてサーボバルブを用いることを特徴とするステージ装置。
【請求項１３】
請求項３、５において、静圧軸受の予圧を制御する手段として電磁石を用いたことを特徴とするステージ装置。
【請求項１４】
請求項３、５において、静圧軸受の予圧を制御する手段としてステージ装置を大気中から真空チャンバー内に入れる前に予圧磁石を追加することを特徴とするステージ装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４に示すステージ装置において、静圧軸受は多孔質静圧軸受であることを特徴とするステージ装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５に示すステージ装置を用いた真空用ステージ装置。
【請求項１７】
請求項１〜１５において、半導体露光装置用の位置決め装置として用いる真空用ステージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種測定器、および半導体リソグラフィ工程で用いる真空内露光装置用位置決め装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の単純浮上型静圧流体軸受を用いたステージ装置を真空中使用する場合には、大気中の絶対給気圧のそのまま用いるか、または大気中の絶対給気圧より大気圧分だけ下げて用いていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では以下の問題が生じる。
【０００４】
真空中では大気中と違って大気圧のような雰囲気圧力の静圧軸受にかかる力がほとんどないため、大気中の給気圧のままで用いると軸受隙間が大気中のときより広くなってしまい、静圧軸受の安定領域が狭まる。さらに給気圧を大気圧分だけ下げて用いても軸受隙間が大気中のときより広くなってしまい、静圧軸受が発振しやすいと言った新しい問題が生じる。
本発明はこれらの問題に鑑み、真空内でも安定性に優れた真空対応ステージ装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、従来の問題を解決し、真空内でも発振することなく安定に動作する真空対応ステージ装置を実現するために、ステージ周囲の圧力が変化しても常に静圧軸受のすきまを所定値近傍の値になるようなステージ装置を提案する。
【０００６】
その手段としては、真空内で使用するステージ装置において、ステージ周囲の圧力が変化しても常に静圧軸受の隙間を所定値範囲内に保つように、ステージ装置周囲の圧力を監視する手段を備え、その変化に応じて静圧軸受への供給圧、もしくは静圧軸受の予圧を制御する手段を備えたステージを構成する。
【０００７】
または、静圧軸受の隙間を監視する手段を備え、真空チャンバーの圧力が大気から真空に、または真空から大気に変化しても常に静圧軸受の隙間が所定値の範囲内になるように、静圧軸受への供給圧、もしくは静圧軸受の予圧を制御する手段を備えたステージを構成する。
【０００８】
ステージ周囲の圧力を監視する手段としては、真空計を用いる。真空計は大気圧から高真空まで計測可能なものでもよい。また大気圧から低真空までと、低真空から高真空までとで別々の真空計を用いてもよい。
【０００９】
ステージ装置周囲圧力変化の信号はアンプを介してコントローラー送られ、静圧軸受のすきまが所定値を保つように静圧軸受の供給圧を制御できるサーボバルブを制御する。
【００１０】
または、ステージ装置周囲圧力変化の信号はアンプを介して静圧軸受へ予圧を制御できる電磁石に送られ、静圧軸受のすきまが所定値を保つように電磁石の力を制御する。
【００１１】
または、ステージ装置を大気から真空チャンバー内に入れる前に予圧補正用の磁石を取り付けてから真空チャンバー内に搬入する。
【００１２】
静圧軸受の隙間を測定する手段として、真空対応の非接触型の変位計を用いる。
【００１３】
該非接触型の変位計は静電容量型変位計でもよい。
【００１４】
該非接触型の変位計は渦電流型でもよい。
該非接触型の変位計は光ピックアップでもよい。
【００１５】
また、静圧軸受装置は流量が少なく、減衰性に優れた多孔質タイプのものが望ましい。
【００１６】
（作用）
本発明によれば、静圧軸受の隙間は常に安定領域に位置する範囲内の値を保つため、静圧軸受の隙間が広くなって発振しやすくなるような現象がなくなり、真空中でも安定に動作することができる真空対応ステージが実現可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
図１に本発明のステージ装置の第１実施例を示す。真空チャンバー１の中にステージ定盤２と定盤２の上を移動可能な可動体３が設置されている。可動体３を支える静圧軸受４にはチャンバー１の外部から高圧流体が給気通路６に供給され、ステージ定盤２との間に隙間５を形成する。静圧軸受４から隙間５を通って真空チャンバー内に排出される気体のほとんどは、静圧軸受の周りに設けた不図示の排気溝と排気管１１、１２、１３を通して真空チャンバー外部に設置してある不図示の真空ポンプ１１，１２，１３に吸い込まれ、周囲に排出される。また僅かな気体は隙間５を通って真空チャンバー１の中に排出されるが、この部分の気体とチャンバー、ステージ装置等からのアウトガスは排気通路１４を通って、不図示のチャンバー用真空ポンプによって強制排出され、所望の真空度を保つ。
【００１８】
真空チャンバー１には真空内圧力を常時監視できる真空計１０が取り付けられ、その出力信号はアンプ９を介してコントローラー８に入力される。コントローラーには図２に示すような、予め入力しておいた静圧軸受への給気圧をコントロールするパターンが入力されており、真空チャンバー内の圧力Ｐｃの変化によって静圧軸受への絶対給気圧Ｐｖをサーボバルブ７を介して調整し、静圧軸受へ供給することによって、軸受隙間を常に安定領域の範囲内に抑え、安定性を向上させることができる。
【００１９】
ステージ装置を大気中で評価する場合、静圧軸受４にかかる負荷はステージ可動体３の自重以外に、大気圧Ｐａが負荷として静圧軸受４にかかる。しかし真空中で評価する場合はステージ装置の周囲の圧力が大気圧Ｐａの５桁以下になるため、負荷として静圧軸受にかかる力は可動体３の自重に比べほぼゼロに近い。そこで大気圧Ｐａの影響を考慮して真空中における静圧軸受４への絶対給気圧Ｐｖを大気中の絶対給気圧Ｐｓより大気圧Ｐａ分だけ下げてＰｖ＝Ｐｓ    Ｐａで供給すれば大気中と同じ隙間５を保たれると予想されがちであるが、図６に示すように、大気中と真空中で荷重が同じ（雰囲気圧力による負荷は除く）の場合は、気体の圧縮性によって軸受の隙間５は大気中より広くなる。また図７に示すように、この場合隙間内の気体膜の周波数特性は減衰比の負になる不安定領域が広がり、真空中で不安定になりやすいことが分かる。
【００２０】
即ち、大気中において所望の軸受隙間  ｈ  に対して絶対給気圧Ｐｓで給気した場合、真空中における軸受への絶対給気圧Ｐｖは、大気中と同じ隙間を保つためには  Ｐｖ  ＜  Ｐｓ    Ｐａ  にしなければならない。
【００２１】
（第２の実施例）
図２に本発明のステージ装置の第２実施例を示す。第１実施例の静圧軸受への給気圧を制御する代わりに、静圧軸受の隙間を調整する予圧力を制御する。図２において、静圧軸受への絶対給気圧は大気中とおなじのＰｖ＝Ｐｓにし、電磁石１６の吸引力を調整することで常に軸受の隙間を適切な範囲内に維持し、発振するのを防ぐことが可能である。図８の曲線▲３▼に示してあるように、この場合静圧軸受の動剛性が増加し、結果的には安定領域が広くなり、安定的に動作することができる。
【００２２】
また絶対給気圧Ｐｖはある程度下げて電磁石で隙間を調整してもよい。
【００２３】
（第３の実施例）
図３に本発明のステージ装置の第３実施例を示す。大気中では所望の隙間になるように予圧磁石を取り付けステージの各種性能調整を行ったあと、真空チャンバーの浮上量も大気中と同じくして安定性を保つために、予圧補償磁石１８を取り付けてから真空チャンバーに搬入する。この場合は静圧軸受への絶対給気圧Ｐｖは大気中と同じかある程度下げてもよい。
【００２４】
（第４の実施例）
図４に本発明のステージ装置の第５実施例を示す。ここでは軸受の隙間を常時監視し、隙間の変動が生じた場合その変化量をアンプ９を介してコントローラー８に入力し、所定の隙間範囲内に戻るように静圧軸受への絶対給気圧Ｐｖを制御する。
【００２５】
（第５の実施例）
図５に本発明のステージ装置の第４実施例を示す。ここでは軸受の隙間を常時監視し、隙間の変動が生じた場合その変化量をアンプ９を介してコントローラー８に入力し、所定の隙間範囲内に戻るように電磁石１６の吸引力を制御する。この場合絶対給気圧Ｐｖは大気中と同じかある程度下げてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明で提案するステージ装置を用いれば、真空中でも安定性に優れたステージ装置の実現が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１実施例を示す図である。
【図２】本発明における第２実施例を示す図である。
【図３】本発明における第３実施例を示す図である。
【図４】本発明における第４実施例を示す図である。
【図５】本発明における第５実施例を示す図である。
【図６】従来技術における問題点を示す図である。
【図７】従来技術における問題点を示す図である。
【図８】従来技術における問題点を示す図である。
【符号の説明】
１  真空チャンバー
２  ステージ定盤
３  可動体
４  静圧軸受
５  静圧軸受隙間
６  静圧軸受への給気通路
７  サーボバルブ
８  コントローラー
９  アンプ
１０  真空計
１１、１２、１３  静圧軸受からの流体を回収する通路
１４  流体回収通路
１７  予圧磁石
１５  電磁石
１６  制御用ケーブル
１９  変位計
【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】
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【図８】
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