(57)【要約】【課題】反力処理装置の大型化を抑制する。【解決手段】反力処理装置１は、床２５に除振バネ１６を介して設置された定盤１１上でステージ１２が移動する移動ステージ装置１０に設けられ、ステージ１２の移動で定盤１１に生じる反力Ｆ１，Ｆ２を処理する。この反力処理装置１は、カウンタ推力Ｒを定盤１１に印加する反力処理アクチュエータ２と、定盤１１の第１定盤部２０に設けられ、水平方向に沿う回転軸８回りに回転する回転板７と、を備え、反力処理アクチュエータ２で発生したカウンタ推力Ｒにより、反力Ｆ１，Ｆ２が低減され相殺される共に、回転板７が回転することで発生したキャンセルモーメントＴにより定盤１１に生じるモーメントが低減され相殺される。すなわち、反力Ｆ１，Ｆ２及びこれらの影響で定盤１１に生じるモーメントが、それぞれ独立して相殺される。【選択図】図１
2009033058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎に除振手段を介して設置された定盤上でステージが移動する移動ステージ装置に設けられ、前記ステージの移動で前記定盤に生じる反力を処理するための反力処理装置であって、
前記反力を低減する力を前記定盤に印加する印加手段と、
前記定盤に設けられ、盤面に平行な軸回りに回転する回転体と、を備えることを特徴とする反力処理装置。
【請求項２】
前記定盤の側面には、凹部が形成されており、
前記回転体は、前記凹部に収容されていることを特徴とする請求項１記載の反力処理装置。
【請求項３】
互いに高さの異なる複数の盤面を有する前記定盤と、前記複数の盤面上にそれぞれ配設された複数の前記ステージとを具備する移動ステージ装置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の反力処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動ステージ装置におけるステージの整定性を向上するための反力処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば半導体や液晶の露光装置として、基礎に除振手段を介して設置された定盤上でステージが移動する移動ステージ装置が用いられている。このような移動ステージ装置においては、例えば単位時間当たりにおける処理量の向上のため、ステージの高加減速化が求められている。しかし、ステージを高加減速化させると、ステージの移動で定盤に生じる反力が増大し、ステージの整定性が悪化するおそれがある。
【０００３】
そこで、近年、例えば特許文献１に記載の反力処理装置が開発されている。この反力処理装置では、第１印加手段（力アクチュエータ）及び第２印加手段（水平力アクチュエータ）により反力を低減するための力（可変の推力）を定盤（鏡筒定盤及びレチクルステージ定盤）に印加することで、複数のステージ（レチクルステージ及びウエハステージ）の移動で定盤に生じる複数の反力を相殺することが図られている。
【特許文献１】特開２０００−４０６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、反力の影響でモーメントが定盤に生じてしまうのを抑制するためには、反力の作用点高さと反力を低減するための力の作用点高さとを互いに一致させるのが一般的である。よって、上述したような反力処理装置においては、反力の作用点高さと印加する力の作用点高さとが一致するように、印加手段が移動ステージ装置に設けられている。しかし、反力の作用点高さが高い場合には、印加手段を高い位置に設ける必要があり、反力処理装置が大型化してしまうおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、大型化を抑制することができる反力処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る反力処理装置は、基礎に除振手段を介して設置された定盤上でステージが移動する移動ステージ装置に設けられ、ステージの移動で定盤に生じる反力を処理するための反力処理装置であって、反力を低減するための力を定盤に印加する印加手段と、定盤に設けられ、盤面に平行な軸回りに回転する回転体と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この反力処理装置では、印加手段により反力を低減するための力が定盤に印加され、この印加された力により反力が低減され相殺される。また、回転体が回転することにより定盤にモーメントが発生し、この回転体によるモーメントにより反力の影響で定盤に作用するモーメントが低減され相殺される。つまり、反力とこの反力の影響で生じるモーメントとが、それぞれ独立して相殺されることになる。よって、定盤にモーメントを生じさせないために、反力の作用点高さと印加する力の作用点高さとが一致するように印加手段を設ける必要がなくなる。従って、反力処理装置の大型化を抑制でき、ひいては移動ステージ装置の大型化を抑制することが可能となる。
【０００８】
ここで、定盤の側面には、凹部が形成されており、回転体は、凹部に収容されていることを特徴とすることが好ましい。この場合、装置の操作者が回転体に接触するのを防止できると共に、移動ステージ装置の大型化を一層抑制することが可能となる。
【０００９】
また、互いに高さの異なる複数の盤面を有する定盤と、複数の盤面上にそれぞれ配設された複数のステージとを具備する移動ステージ装置に設けられていることが好ましい。この場合、互いに高さの異なる複数の盤面上のそれぞれで複数のステージが移動するため、移動に応じた複数の反力が定盤に生じるが、上述したように、印加手段及び回転体により、反力及び反力の影響で生じるモーメントがそれぞれ独立して相殺されるため、複数の反力の作用点高さに印加する力の作用点高さのそれぞれを一致させることが不要となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、反力処理装置の大型化を抑制することができ、その結果、移動ステージ装置の大型化を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１２】
図１は本発明の一実施形態に係る反力処理装置を含む移動ステージ装置の断面を示す概略構成図、図２は図１の移動ステージ装置の下方側から見た概略斜視図である。図１に示すように、移動ステージ装置１０は、例えば半導体の露光装置として採用されるものであり、定盤１１と、ステージ１２と、反力処理アクチュエータ２及び回転板７を有する反力処理装置１と、を備えている。
【００１３】
定盤１１は、床（基礎）２５に除振バネ（除振手段）１６を介して支持され設置されており、これにより、床２５からの振動（特に高周波振動）に対して絶縁されている。この定盤１１は、互いに高さの異なる複数（ここでは２つ）の盤面１８，１９を有するように階層構造を呈している。具体的には、定盤１１は、床２５上に設けられ盤面１８を含む第１定盤部２０と、該第１定盤部２０上に設けられ盤面１９を含む第２定盤部２２と、を有している。
【００１４】
第１定盤部２０は、熱による変形を防止するために、例えば石材により形成されている。この第１定盤部２０は側面２０ａ及び下面２０ｂを有している。側面２０ａには、側面２０ａ及び下面２０ｂに開口する凹部１７が形成されており、この凹部１７には、反力処理装置１の反力処理アクチュエータ２が設けられている。また、第１定盤部２０において側面２０ａに直交する側面２０ｄには、側面２０ｄの一部が矩形状に切り欠かれたような切欠部（凹部）２７が形成されている。切欠部２７は、側面２０ｄ及び下面２０ｂに開口しており、この切欠部２７の内部には、反力処理装置１の回転板７が収容されている（詳しくは後述）。第２定盤部２２には、例えばセラミックが用いられている。
【００１５】
ステージ１２は、盤面１８上に配設された第１ステージ１２１と、盤面１９上に配設された第２ステージ１２２と、を有している。第１ステージ１２１には、例えば半導体ウエハＷ１が載置され、第２ステージ１２２には、例えば半導体マスクＷ２が載置される。これらのステージ１２１，１２２は、エアベアリング等の案内手段（不図示）により、盤面１８，１９上のそれぞれで水平方向（図示左右方向）に移動可能になっている。そして、このステージ１２１，１２２は、ステージアクチュエータ２１，２３によりそれぞれ駆動され、盤面１８，１９上のそれぞれを水平方向に移動する。
【００１６】
ステージアクチュエータ２１は、固定子１３及び可動子１４を含んで構成されている。固定子１３は、盤面１８上のステー１５に設けられ、例えば永久磁石からなる。可動子１４は、第１ステージ１２１に設けられ、例えば電磁コイルからなる。これらの固定子１３と可動子１４とは、互いに非接触で配置されている。また、ステージアクチュエータ２３は、固定子２４及び可動子２８を含んで構成されている。固定子２４は、盤面１９上のステー２６に設けられ、例えば永久磁石からなる。可動子２８は、第２ステージ１２２に設けられ、例えば電磁コイルからなる。これらの固定子２４と可動子２８とは、互いに非接触で配置されている。
【００１７】
ステージアクチュエータ２１，２３には、制御部３１が接続されている。制御部３１から駆動電流を可動子１４，２８に供給することで、固定子１３と可動子１４との間及び固定子２４と可動子２８との間のそれぞれに磁力が発生する。この発生する磁力により、可動子１４，２８のそれぞれに推力（力）が印加されることになり、各ステージ１２１，１２２が駆動される。
【００１８】
制御部３１は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等により構成されている。この制御部３１は、コントローラ３２を有している。コントローラ３２は、ステージアクチュエータ２１，２３に供給する駆動電流のそれぞれを制御することにより、ステージ１２の移動を制御する。
【００１９】
ここで、本実施形態では、上述したように、第１定盤部２０の凹部１７に反力処理装置１の反力処理アクチュエータ２が設けられている。具体的には、凹部１７が、第１定盤部２０の４つ側面のそれぞれに２箇所ずつ形成（合計８箇所形成）されており、これらの凹部１７に、反力処理アクチュエータ２がそれぞれ設けられている。なお、図中においては、説明の便宜上、第１定盤部２０の側面２０ａに形成された凹部１７及びこの凹部１７に設けられた反力処理装置１のみを示している。
【００２０】
反力処理装置１は、ステージ１２１の移動により定盤１１に作用する反力Ｆ１と、ステージ１２２の移動により定盤１１に作用する反力Ｆ２とを処理するためのものであり、上記のように、反力処理アクチュエータ２及び回転板７を有している。
【００２１】
反力処理アクチュエータ２は、反力Ｆ１，Ｆ２を低減する力であるカウンタ推力Ｒを定盤１１に印加するものであり、例えば永久磁石からなる可動子３と、例えば電磁コイルからなる固定子４と、を有している。可動子３は、第１定盤部２０に取り付けられており、固定子４は、床２５に設置された柱状の固定フレーム５の上端部に取り付けられている。そして、可動子３及び固定子４は、互いに非接触となるように構成されている。
【００２２】
また、反力処理アクチュエータ２は、制御部３１に接続されており、制御部３１から固定子４に駆動電流が供給されることにより、可動子３と固定子４との間に磁力が発生し、この磁力により、カウンタ推力Ｒが可動子３に発生する。固定フレーム５は、第１定盤部２０が被さるように凹部１７内に配置されており、第１定盤部２０の凹部１７に覆われている。すなわち、可動子３及び固定子４は、第１定盤部２０が被さるように第１定盤部２０の盤面１８と床２５との間に配置されている。
【００２３】
回転板７は、上述したように、切欠部２７の内部に収容されている。この回転板７は、反力Ｆ１，Ｆ２とカウンタ推力Ｒとの作用点高さが互いに異なることで定盤１１に生じるモーメントを相殺するためのキャンセルモーメントＴを発生させる。回転板７は、例えば鉄により形成され、複数の肉抜孔が形成された円板状（ホイール形状）を呈している。また、回転板７は、定盤１１に生じるモーメントを相殺するのに充分な慣性モーメントを有している。
【００２４】
この回転板７は、回転軸（軸）８により、軸受け（不図示）を介して回転可能に支持されると共に第１定盤部２０に取り付けられている。また、回転板７は、盤面１８，１９が傾かずに水平に保たれるように（定盤１１の重心位置が変化しないように）、第１定盤部２０の側面２０ｄにおいて水平方向の中央（定盤１１の重心位置の近傍）に取り付けられている。
【００２５】
回転軸８は、水平方向（盤面１８，１９に平行な方向）且つステージ１２の移動方向と直交（交差）する方向（紙面垂直方向）に沿って延在すると共に、図２に示すように、モータ９に連結されている。また、モータ９には、制御部３１が接続されている。これにより、制御部３１からモータ９に駆動電流が供給され、回転板７が回転軸８周りに回転する。また、この制御部３１のコントローラ３２は、モータ９に供給する駆動電流を制御することにより、回転板７の回転（例えば角加速度、回転方向）を制御する。
【００２６】
このように構成された移動ステージ装置１０においては、制御部３１によりステージアクチュエータ２１，２３に駆動電流がそれぞれ供給され、供給された各駆動電流に応じた推力ｆ１，ｆ２が各ステージアクチュエータ２１，２３により発生し、これらの推力ｆ１，ｆ２によりステージ１２１，１２２がそれぞれ駆動される。
【００２７】
ここで、ステージ１２１，１２２に推力ｆ１，ｆ２が作用することにより、その反作用のために推力ｆ１，ｆ２とは逆の方向且つ同じ大きさの力である反力Ｆ１，Ｆ２が定盤１１に作用する。そこで、本実施形態では、反力処理アクチュエータ２により、反力Ｆ１，Ｆ２の和の絶対値と等しい大きさであり、且つ反力Ｆ１，Ｆ２の和の方向と逆向きのカウンタ推力Ｒを定盤１１に印加し、このカウンタ推力Ｒにより反力Ｆ１，Ｆ２を低減し相殺する。
【００２８】
このとき、反力Ｆ１，Ｆ２とカウンタ推力Ｒとの作用点高さが互いに異なるため、定盤１１にモーメントが作用する。そこで、この定盤１１に作用するモーメントの絶対値と等しい大きさであり、且つ定盤１１に作用するモーメントとは逆向きのキャンセルモーメントＴを、回転板７を回転することにより定盤１１に発生させる。これにより、このキャンセルモーメントＴと定盤１１に作用するモーメントとが互いに相殺される。つまり、反力Ｆ１，Ｆ２と反力Ｆ１，Ｆ２の影響で生じるモーメントとが、それぞれ独立して相殺されることになる。ここで、反力Ｆ１，Ｆ２と反力Ｆ１，Ｆ２の影響で生じるモーメントとがそれぞれ独立して相殺される点について、以下に詳細に説明する。
【００２９】
図３は、図１の移動ステージ装置の力学的モデルの一例を示す図である。図３に示すように、移動ステージ装置１０を、床２５に除振バネ１６を介して設置された定盤１１上でステージ１２が移動するものとしてモデル化する。ここでは、ステージ１２の移動で定盤１１に作用する反力Ｆ、ステージ１２の質量Ｍ、加速度Ａ、移動ステージ装置１０の重心Ｂの高さから反力Ｆの作用点高さまでの距離ｈ、移動ステージ装置１０の重心Ｂの高さからカウンタ推力Ｒの作用点高さまでの距離ｒ、回転板７の慣性モーメントＪ、角加速度αとする。ステージ１２が加速した際の反力Ｆは、下記（１）式で与えられる。
【数１】
2009033058.tif 000003
【００３０】
回転板７の角加速αにより定盤１１に作用するキャンセルモーメントＴは、下記（２）式で与えられる。
【数２】
2009033058.tif 000004
【００３１】
カウンタ推力Ｒを、反力の絶対値と等しい大きさで且つ反力と逆向きで作用させると、下記（３）式に示すように、定盤１１に対する力の総和がゼロになる。
【数３】
2009033058.tif 000005
【００３２】
そして、下記（４）式で与えられる角加速度により回転板７を駆動すると、下記（５）に示すように、定盤１１に発生するモーメントの総和がゼロになる。
【数４】
2009033058.tif 000006
【数５】
2009033058.tif 000007
【００３３】
以上、本実施形態によれば、反力Ｆ１，Ｆ２と反力Ｆ１，Ｆ２の影響で生じるモーメントとがそれぞれ独立して相殺されることから、従来の反力処理装置とは異なり、各反力Ｆ１，Ｆ２の作用点高さと印加する力の作用点高さとが一致するように反力処理アクチュエータ２を設ける必要がない。よって、反力処理装置１の大型化を抑制でき、ひいては移動ステージ装置１０の大型化を抑制することが可能となる。
【００３４】
さらに、上述したように、各反力Ｆ１，Ｆ２の作用点高さと印加する力の作用点高さとが一致するように反力処理アクチュエータ２を設ける必要がないことから、反力処理装置１を自由な位置に配置することができる。
【００３５】
また、上述したように、反力処理装置１の大型化を抑制できることから、反力処理装置１の固定フレーム５の撓み防止のためにその剛性を高める必要性が低減される。よって、剛性を高めるために固定フレーム５の質量が大きくなってしまうことも抑制できる。つまり、反力処理装置１の軽量化が可能となる。
【００３６】
また、本実施形態では、上述したように、定盤１１の側面１１ｄには、切欠部２７が形成されており、回転板７が、切欠部２７に収容されている。これにより、移動ステージ装置１０の操作者が回転板７に接触するのを防止できると共に、移動ステージ装置１０の大型化を一層抑制することが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態では、上述したように、互いに高さの異なる盤面１８，１９上のそれぞれにおいてステージ１２１，１２２のそれぞれが移動するため、かかる移動に応じた複数の反力Ｆ１，Ｆ２が定盤１１に生じている。ここで、本実施形態では、上述したように、反力Ｆ１，Ｆ２と反力の影響で生じるモーメントとがそれぞれ独立して相殺されるため、複数の反力が生じても、各反力Ｆ１，Ｆ２の作用点高さに印加する力の作用点高さを一致させる必要がなくなる。つまり、この場合、反力処理アクチュエータ２を高い位置に設ける必要がないことから、反力処理装置１の大型化を抑制し、移動ステージ装置１０の大型化を抑制するという上記効果が顕著となる。
【００３８】
また、本実施形態では、上述したように、反力処理アクチュエータ２が、第１定盤部２０が被さるように第１定盤部２０の盤面１８と床２５との間に配置されている、また、上述したように、回転板７が第１定盤部２０の切欠部２７に収容されている。そのため、定盤１１の盤面１８，１９上のスペースが十分に確保されると共に、移動ステージ装置１０の設置面積（いわゆるフットプリント）の増大が抑制される。よって、移動ステージ装置１０のスペースを効率的に利用することができ、移動ステージ装置１０の大型化を一層抑制することができる。
【００３９】
さらに、本実施形態では、上述したように、反力処理装置１を自由な位置に配置することができることから、既存の移動ステージ装置に反力処理装置１を搭載するに際して、スペースの不足により反力Ｆ１，Ｆ２の作用点高さとカウンタ推力の作用点高さとをそれぞれ一致させることができない場合であっても、反力処理装置１を確実に適用することが可能となる。
【００４０】
また、上述したように、反力処理アクチュエータ２の可動子３と固定子４とが互いに非接触となっているため、床２５からの振動が、反力処理アクチュエータ２を介して定盤１１に伝播するのが抑止されている。また、上述したように、可動子３として永久磁石が定盤１１に取り付けられ、固定子４として電磁コイルが固定フレーム５に取り付けられているため、固定子４の電磁コイルに駆動電流を印加することにより生じる発熱の影響が定盤１１に及ぶことが抑制されている。
【００４１】
なお、カウンタ推力Ｒ及びキャンセルモーメントＴを発生させるタイミングを反力Ｆ１，Ｆ２が生じるタイミングに応じたものとするため、ステージ１２１，１２２を加速するタイミングに基づいて反力処理装置１を作動するタイミングを求めることが好ましい。よって、本実施形態の制御部３１においては、ステージアクチュエータ２１，２３と、反力処理アクチュエータ２と、モータ９とを１つのコントローラ３２で制御している。
【００４２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００４３】
例えば、上記実施形態では、回転体として円板状の回転板７を用いたが、外形が円形状でなくとも、例えば多角形の回転板でもよい。また、例えば回転板７よりも質量の軽い回転板を、複数用いてもよい。
【００４４】
さらに、回転体としては、板状に限定されず、例えばアームを含んで構成されるものを用いてもよい。具体的には、アームの先端部に錘（マス）を設けると共に、アームの長手方向と回転軸の長手方向とが互いに交差するように、アームの基端部を回転軸に取り付けて構成してもよい。また、回転体は、回動されてもよく、揺動されてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、回転板７を収容する切欠部２７を第１定盤部２０に形成したが、場合によっては、切欠部を形成しなくともよい。また、定盤１１を床２５に除振バネ１６を介して設置したが、その他の機械バネを介して設置してもよく、空気バネ等を用いてもよく、要は、定盤１１を床２５からの振動に対して絶縁するもの（除振手段）を介して設置すればよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、反力処理装置１を、互いに高さの異なる２つの盤面１８，１９上のそれぞれでステージ１２１，１２２のそれぞれが移動する移動ステージ装置１０に設けたが、１つの盤面上でステージが移動する移動ステージ装置に設けてもよく、互いに高さの異なる３つ以上の盤面上のそれぞれで３つ以上のステージのそれぞれが移動する移動ステージ装置に設けてもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、ステージアクチュエータ２１，２３の固定子１３，２４を永久磁石とし、可動子１４，２８を電磁コイルとしたが、固定子を電磁コイルとし、可動子を永久磁石としてもよい。なお、この場合、制御部３１からの駆動電流が電磁コイルとしての固定子に供給される。また、上記実施形態では、反力処理アクチュエータ２の可動子３を永久磁石とし、固定子４を電磁コイルとしたが、可動子を電磁コイルとし、固定子を永久磁石としてもよい。この場合には、制御部３１からの駆動電流が電磁コイルとしての可動子に供給される。
【００４８】
また、上記実施形態では、反力処理アクチュエータ２を、第１定盤部２０の４つ側面のそれぞれに２箇所ずつ（合計８箇所）設けたが、種々の配置パターンで反力処理装置１を設けてもよい。また、移動ステージ装置１０を半導体露光装置に採用したが、液晶を露光する液晶露光装置、及び複数のステージを有する工作機械や製造装置等に採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態に係る反力処理装置を含む移動ステージ装置の断面を示す概略構成図である。
【図２】図１の移動ステージ装置の下方側から見た概略斜視図である。
【図３】図１の移動ステージ装置の力学モデルの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…反力処理装置、２…反力処理アクチュエータ（印加手段）、３…可動子、４…固定子、７…回転板（回転体）、８…回転軸（軸）、１０…移動ステージ装置、１１…定盤、１２，１２１，１２２…ステージ、１６…除振バネ（除振手段）、１８，１９…盤面、２０ｄ…第１定盤部の側面（定盤の側面）、２５…床（基礎）、２７…切欠部（凹部）、Ｆ１，Ｆ２…反力、Ｒ…カウンタ推力（反力を低減する力）。
【図１】
2009033058.tif 000008
【図２】
2009033058.tif 000009
【図３】
2009033058.tif 000010