(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーブルを少なくとも該テーブルの支持方向に移動可能に搭載したステージ装置において、
前記テーブルの重心位置で該テーブルに前記支持方向に作用する第１の力を与える第１のアクチュエータと；前記支持方向に作用し、前記第１の力とは異なる第２の力を非接触で前記テーブルに与える第２のアクチュエータとを備え、
前記第１のアクチュエータは、前記テーブルの重量と略等しくなるように前記第１の力を発生させることを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
前記第２のアクチュエータは、前記テーブルに前記重心位置以外の３点で前記第２の力を与えることで該テーブルを垂直方向及び傾斜方向に駆動する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】
前記第１のアクチュエータは、磁石の反力を利用した構成であることを特徴とする請求項２記載のステージ装置。
【請求項４】
前記第１のアクチュエータにおける前記第１の力を検出する検出手段をさらに備え、
前記第１のアクチュエータは、前記検出手段によって検出された前記第１の力の検出値に応じて前記第１の力の値を変更することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のステージ装置。
【請求項５】
前記検出手段は、ロードセルであることを特徴とする請求項４に記載のステージ装置。
【請求項６】
前記第１のアクチュエータは、前記テーブルに設けられた第１の部材と、該第１の部材とは非接触に協働して前記第１の力を発生させる第２の部材とを有し、前記第２の部材の前記支持方向に関する位置を変更可能であることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載のステージ装置。
【請求項７】
前記第１のアクチュエータは、前記検出手段が検出した前記検出値が前記テーブルの重量と略等しくなるように前記第１の力を変更することを特徴とする請求項４から６の何れか一項に記載のステージ装置。
【請求項８】
前記第２のアクチュエータは、前記テーブルの自由度に対応して設けられることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載のステージ装置。
【請求項９】
前記テーブルは６自由度を有し、前記第２のアクチュエータは前記第１のアクチュエータとは別に３つ設けられることを特徴とする請求項８記載のステージ装置。
【請求項１０】
テーブルを少なくとも該テーブルの支持方向に移動可能に搭載したステージ装置の制御方法であって、
前記テーブルの重心位置で、該テーブルに前記支持方向に作用する第１の力を第１のアクチュエータによって与え、
前記支持方向に作用し、前記第１の力とは異なる第２の力を、前記第１の力が前記テーブルに作用する位置とは異なる位置で非接触に該テーブルに作用するように前記第１のアクチュエータとは異なる第２のアクチュエータによって与え、
前記第１の力を、前記テーブルの重量と略等しくなるように発生させることを特徴とするステージ装置の制御方法。
【請求項１１】
前記第１の力によって前記テーブルの重量を支え、前記第２の力によって前記テーブルの位置調整を行なうようにしたことを特徴とする請求項１０に記載のステージ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はステージ装置に関し、特に、ステージ上に搭載された微動テーブルの支持及び駆動を行う機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
露光装置等に用いられる従来のテーブル装置においては、一般に、テーブルの重心を囲む一直線上にない３点でテーブルを支持し、これらの支持点において、テーブルを垂直方向及び傾斜方向に駆動している。テーブルの支持方式としては、接触式アクチュエータを使用して直接テーブルを支持、駆動する方式と、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）等の非接触式のアクチュエータを使用したものとがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、接触式アクチュエータを使用した場合には、テーブルとアクチュエータとの接触面に発生する摩擦力によって、テーブル内に応力が発生する。また、ＶＣＭ等の非接触式アクチュエータを使用した場合には、テーブルの重量を支えるための推力をアクチュエータに常に与える必要があり、アクチュエータの熱によってテーブルが変形してしまうという不都合がある。
【０００４】
本発明は、上記のような状況に鑑みた成されたものであり、テーブル内の応力及び熱変形を低減できるステージ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明においては、テーブル（４）の重心位置で該テーブルの支持方向に作用する第１の力を与える第１のアクチュエータ（１３a,１１３,１５）と、前記支持方向に作用し、前記第１の力とは異なる第２の力を非接触でテーブルに与える第２のアクチュエータ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）とを備え、第１のアクチュエータ（１３a、１１３，１５）は、テーブル（４）の重量と略等しくなるように第１の力を発生させることを特徴とするものである。
【０００６】
また、第２のアクチュエータとして、テーブル（４）に重心位置以外の３点で非接触に第２の力を与えることで該テーブルを垂直方向及び傾斜方向に駆動する手段（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）を含むものとすることができる。また、第１のアクチュエータ（２６ａ、２６ｂ）は、テーブル（４）に反発力を利用して第１の力を与えるように構成することができる。例えば、第１のアクチュエータとしては、磁石の反力を利用した機構を利用できる。
また、第１のアクチュエータにおける第１の力を検出する検出手段（１７）をさらに設け、
第１のアクチュエータは、検出手段（１７）によって検出された第１の力の検出値に応じて第１の力の値を変更するように構成することができる。この第１のアクチュエータは、テーブルに設けられた第１の部材（２６a）と、第１の部材とは非接触に協働して前記第１の力を発生させる第２の部材（２６ｂ）とを有し、第２の部材の支持方向に関する位置を変更可能なように構成することができる。検出手段は、ロードセル（１７）で構成することができる。
また、第２のアクチュエータ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）は、テーブルの自由度に対応して設けるのが望ましく、テーブルは６自由度を有し、第２のアクチュエータは第１のアクチュエータとは別に３つ設けることができる。
さらに、本発明のステージ装置の制御方法においては、テーブル（４）を少なくとも該テーブルの支持方向に移動可能に搭載したステージ装置の制御方法であって、テーブル（４）の重心位置で、前記テーブルに前記支持方向に作用する第１の力を第１のアクチュエータ（１３a,１１３,１５）によって与え、前記支持方向に作用し、前記第１の力とは異なる第２の力を、前記第１の力が前記テーブルに作用する位置とは異なる位置で非接触に該テーブルに作用するように前記第１のアクチュエータとは異なる第２のアクチュエータ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１６ａ，１６ｂ, １６ｃ）によって与え、前記第１の力を、前記テーブルの重量と略等しくなるように発生させることを特徴とするものである。
この場合、前記第１の力によって前記テーブルの重量を支え、前記第２の力によって前記テーブルの位置調整を行なうようにすることができる。
【０００７】
【発明の作用及び効果】
本発明は上記のように、重心位置（１４）でテーブル（４）を支持しているため、テーブル（４）の駆動機構を非接触にした場合にも、テーブル（４）の重量を支えるために、これらの非接触式駆動機構（１２ａ，１２ｂ，１６ａ，１６ｂ）によって大きな推力を与える必要がない。従って、アクチュエータから発生する熱を抑えることができ、その熱によるテーブル（４）の変形を防止できる。
【０００８】
別言すれば、テーブル（４）の駆動方式として接触式の機構を採用する必要が無く、接触式機構による不都合、すなわち、テーブル（４）とアクチュエータとの接触面に発生する摩擦力によるテーブル（４）内での応力の発生を回避できる。なお、テーブル（４）の支持手段の他に駆動手段としてテーブルの３点を駆動するように構成した場合には、トータルとしてテーブル（４）を４点で支持することになり、不静定になるという問題が生じ得る。しかし、テーブル支持手段（１５）に支持力発生手段（２６ａ、２６ｂ）を設け、他の３つの駆動手段（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）に比べて弱い拘束力でテーブル（４）を支持するように構成することにより問題は解消される。
また、支持機構（１５）をテーブルを支持する支持力を検出する支持力検出手段（１７）と、これにより検出された支持力に応じて支持力を変更する支持力変更手段（１８〜２２）とを有するものとすることにより、テーブル（４）の重量を支持機構（１５）によって確実に支持することができ、他の３つの駆動手段（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）に負荷をかけることはない。
また、駆動手段（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ）をテーブルの自由度に対応して６つ設けることにより、テーブル（４）は６自由度で動くことができる。
【０００９】
【発明の実施の態様】
以下、本発明の実施の形態を実施例を参照して説明する。本実施例は、半導体デバイス製造用の露光装置に使用されるウエハステージに本発明を適用したものである。なお、本発明のステージ装置は、露光装置以外にも精密検査装置等の種々の装置に適用可能である。
【００１０】
【実施例】
図１は、本実施例のステージ装置を示す。このステージ装置は、ウエハホルダ２を介してウエハ１を保持し、６自由度方向に微移動可能なテーブル４と、テーブル４をＸ方向に粗移動させるＸステージ５と、Ｙ方向に粗移動させるＹステージ６と、Ｙステージ６をスライド可能に支持するベース７とから構成されている。テーブル４の上面２辺には、干渉計による位置計測用の反射ミラー３ａ，３ｂが設けられている。これらの反射ミラー３ａ，３ｂはウエハ１の位置計測の基準になるため、テーブル４の変形によって位置ずれが生じると、露光作業中のウエハ１のアライメント精度に大きな影響を及ぼすことになる。
【００１１】
ベース７上には、２本のＹステージガイド１１ａ，１１ｂが設けられており、これらのガイド１１ａ、１１ｂに沿ってＹステージ６が移動するようになっている。Ｙステージ６の駆動は、Ｙステージ駆動装置９によって行われる。Ｙステージ６上には、Ｘステージ５をガイドする２本のＸステージガイド１０ａ，１０ｂが設けられている。Ｘステージ５は、Ｘステージ駆動装置８によって、Ｘステージガイド１０ａ，１０ｂに沿ってＹステージ６上を移動する。
【００１２】
Ｘステージ５上面端部には、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）等の非接触アクチュエータのコイル１２ｄ，１２ｅ，１２ｆが設けられており、これらのコイル１２ｄ，１２ｅ，１２ｆと、テーブル４の側面に設けられたマグネット１６ｄ，１６ｅ，１６ｆとによって、３組のＭＭ（Moving Mgnet) 型のアクチュエータが構成される。そして、これら３組のアクチュエータ（１２ｄと１６ｄ，１２ｅと１６ｅ，１２ｆと１６ｆ）によって、テーブル４をＸＹ平面内で駆動するようになっている。なお、ＶＣＭとしては、ＭＭ（Moving Mgnet) 型とＭＣ（Moving Coil)型の何れも使用できるが、テーブル４に伝わる熱の影響を考慮し、ＭＭ型を使用することが望ましい。
【００１３】
Ｘステージ５の上面中央付近には、ほぼ三角形状の凹部が形成され、２つの角部に非接触アクチュエータのコイル１２ｂ，１２ｃが配置されており、これらのコイル１２ｂ，１２ｃと、テーブル４の底面に設けられてたマグネット１６ｂ，１６ｃとによって２組のアクチュエータが構成される。そして、これら２組のアクチュエータ（１２ｂと１６ｂ，１２ｃと１６ｃ）によって、テーブル４を傾斜方向に駆動（レベリング）するようになっている。また、Ｘステージ５の凹部内のテーブル４の重心位置１４に対応する位置には、接触式アクチュエータ１３ａが設けられ、テーブル４の重量を一点で支えるようになっている。
【００１４】
図２は、接触式アクチュエータ１３ａの詳細を示す。図において、カム２１及び２２はＸステージ５上に設けられた直動ガイド２０ｂに沿って移動し、これによって直動テーブル１８がラジアルベアリング１９を介して、直動ガイド２０ａに沿ってＺ方向に移動する。直動テーブルとテーブル４の間には、リンク機構２３が配置され、直動テーブル１８の動力をテーブル４に伝達するようになっている。すなわち、テーブル４は接触式アクチュエータ１３ａによって、重心位置１４において垂直方向（Ｚ方向）に駆動される。
【００１５】
図１及び図２に示した本発明の第１実施例において、ウエハ１のアライメントを行う場合には、先ず、図示しないアライメント光学系によってウエハ１の位置（位置ずれ）を計測し、これに基づいてＸステージ５及びＹステージ６によって粗い位置調整を行う。その後、Ｘステージ５上において、３組の非接触アクチュエータ（１２ｄと１６ｄ，１２ｅと１６ｅ，１２ｆと１６ｆ）によって、テーブル４のＸＹ平面内のオフセット（直線方向のずれ）及び回転方向の位置を調整する。また、接触式アクチュエータ１３ａによって、テーブル４の垂直Ｚ方向に位置調整を行うと共に、２組の非接触アクチュエータ（１２ｂと１６ｂ，１２ｃと１６ｃ）によって傾斜方向の調整（レベリング）を行う。なお、テーブル４がＺ方向に対して静止している状態においては、テーブル４の重量を殆ど接触式アクチュエータ１３ａによって支える。従って、非接触アクチュエータ（１２ｂと１６ｂ，１２ｃと１６ｃ）にるテーブル４への推力は微少なものとなる。
【００１６】
図３は、本発明の第２実施例にかかる接触式アクチュエータ１１３を示す。このアクチュエータ１１３は、図２に示したアクチュエータ１３ａに代えて使用されるものである。図３において、図２のアクチュエータ１３ａと同一又は対応する構成要素については、同一の符号を付すものとする。本実施例のアクチュエータ１１３は、Ｘステージ５とテーブル４とをリンク機構１２３によって連結すると共に、リンク機構２３の途中に配置されたピエゾ素子２４によってテーブル４を上下に駆動する。これによって、テーブル４は、その重心位置１４において垂直方向の位置を調整される。
【００１７】
図４は、本発明の第３実施例にかかるステージ装置を示す。本実施例のステージ装置は、上記第１実施例のテーブル４の垂直方向の駆動機構を変更したものである。なお、図４において、図１のステージ装置と同一又は対応する構成要素については、同一の符号を付すものとし、その構成及び作用についての説明を省略する。本実施例においては、テーブル４の重心位置１４に対応する位置に、マグネット式のテーブル重量支持手段１５を配置し、テーブル４の重量の殆どをここで支えるようになっている。また、テーブル４の重心位置１４を囲むＸステージ５上の３点には、非接触アクチュエータのコイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃが配置されており、テーブル４に設けられたマグネット１６ａ，１６ｂ，１６ｃが挿通するようになっている。そして、これらのコイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、マグネット１６ａ，１６ｂ，１６ｃとによって、３組の非接触アクチュエータが構成される。テーブル重量支持手段１５は、テーブル４の６自由度方向の全てに対して拘束力の弱い構造となっており、６自由度方向の駆動は全て６組の非接触アクチュエータ（１２ａと１６ａ，１２ｂと１６ｂ，１２ｃと１６ｃ，１２ｄと１６ｄ，１２ｅと１６ｅ，１２ｆと１６ｆ）によって行うようになっている。
【００１８】
図５は、テーブル重量支持手段１５の詳細を示す。なお、図５において、図２と同一又は対応する構成要素については、同一符号を付し、重複する説明を省略する。本実施例は、テーブル４とＸステージ５との連結を、互いに反発する方向に配置された永久磁石２６ａ，２６ｂによって行っている。永久磁石２６ａはテーブル４に取り付けられ、他方の永久磁石２６ｂはロードセル１７を介して直動テーブル１８に取り付けられている。
【００１９】
本実施例において、非接触アクチュエータ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ）によって、テーブル４のＺ方向の位置が変化すると、永久磁石２６ａ，２６ｂの間隔も変化し、磁石間の反発力が変わる。永久磁石（２６ａ，２６ｂ）間の反発力の変化は、ロードセル１７によって検出される。そして、ロードセル１７によって検出される反発力の値が、テーブル４の重量と等しくなるように直動テーブル１８を上下方向に駆動する。これによって、テーブル４の重量がテーブル重量支持手段１５によって支えられることになる。尚、本実施例は上述した第１実施例と異なり、３組つの非接触アクチュエータ（１２ａと１６ａ，１２ｂと１６ｂ，１２ｃと１６ｃ）によって、テーブル４のレベリングのみならず、垂直方向の駆動も行う構成であり、重量支持手段１５は、このような位置調整に直接関与するものではなく、基本的には、テーブル４を重心位置において、拘束力無く支える役割を果たすものである。
【００２０】
以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された本発明の技術的思想としての要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施例にかかるステージ装置を示す正面図である。
【図２】図２は、第１実施例の要部を示す拡大側面図（一部断面）である。
【図３】図３は、本発明の第２実施例にかかるステージ装置の要部を示す拡大側面図（一部断面）である。
【図４】図４は、本発明の第３実施例にかかるステージ装置を示す正面図である。
【図５】図５は、第３実施例の要部を示す拡大側面図（一部断面）である。
【符号の説明】
１・・・ウエハ
４・・・テーブル
５・・・Ｘステージ
６・・・Ｙステージ
１２ａ〜１２ｆ・・・非接触アクチュエータ用のコイル
１３ａ・・・接触式アクチュエータ
１４・・・テーブル重心位置
１５・・・テーブル重量支持手段
１６ａ〜１６ｆ・・・非接触アクチュエータ用のマグネット
２３・・・リンク機構
２４・・・ピエゾ素子
２６ａ，２６ｂ・・・永久磁石
【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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