JP2009033056A - 反力処理装置 - Google Patents

Abstract

【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、互いに高さの異なる複数の盤面１８，１９を有すると共に床２５に除振バネ１６，１６を介して設置された定盤１１と、盤面１８，１９上にそれぞれ配設され当該盤面１８，１９上を移動するステージ１２_１，１２_２と、を具備するステージ装置１０に設けられ、ステージ１２_１，１２_２の移動で定盤１１に生じる反力Ｆ_１，Ｆ_２を処理する。また、反力処理装置１は、カウンタ推力Ｒ_１，Ｒ_２を定盤１１に印加する第１及び第２反力処理アクチュエータ２_１，２_２と、カウンタ推力Ｒ_１，Ｒ_２の大きさを制御する制御部３１と、を備えている。この反力処理装置１では、定盤１１におけるカウンタ推力Ｒ_１，Ｒ_２の作用点高さが互いに異なっており、制御部３１が反力Ｆ_１，Ｆ_２を合力及び合モーメントとして相殺するように、カウンタ推力Ｒ_１，Ｒ_２を制御する。
【選択図】図１

Description

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。

従来、例えば半導体や液晶の露光装置として、互いに高さの異なる複数の盤面を有すると共に基礎に除振手段を介して設置された定盤と、この定盤におけるそれぞれの盤面上を移動する複数のステージと、を具備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。

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）により反力を相殺するための力（可変の推力）を定盤（鏡筒定盤及びレチクルステージ定盤）にそれぞれ印加することで、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。
特開２０００−４０６５０号公報

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相殺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、複数の反力の作用点高さに印加する力の作用点高さが一致するように、複数の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。

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。

上記課題を解決するため、本発明に係る反力処理装置は、互いに高さの異なる複数の盤面を有すると共に基礎に除振手段を介して設置された定盤と、盤面上にそれぞれ配設され当該盤面上を移動する複数のステージと、を具備する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複数の反力を処理するための反力処理装置であって、複数の反力を協働して処理するための第１及び第２の力それぞれを定盤に印加する第１及び第２印加手段と、第１及び第２の力の大きさを制御する制御手段と、を備え、定盤における第１及び第２の力の作用点高さが互いに異なっており、制御手段は、複数の反力を合力及び合モーメントとして相殺するように、第１及び第２の力を制御することを特徴とする。

この反力処理装置では、定盤における第１及び第２の力の作用点高さが互いに異なっている。そして、制御手段が、複数の反力を合力及び合モーメントとして相殺するように、第１及び第２の力を制御する。よって、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際、定盤にモーメントを生じさせないために、定盤に生じる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必要がなくなる。つまり、複数の盤面上のそれぞれで複数のステージが移動するに際し、複数の反力が定盤に生じても、これらの反力を第１及び第２印加手段のみで処理することができる。これと共に、互いに高さの異なる位置であれば第１及び第２印加手段を自由な位置に配置することが可能となる。その結果、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。

ここで、第１及び第２印加手段は、定盤が被さるように当該定盤の盤面と基礎との間に配置されていることが好ましい。この場合、定盤の盤面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、移動ステージ装置の大型化を一層抑制することが可能となる。

また、第１印加手段及び第２印加手段の少なくとも一方は、定盤の底面と基礎との間に設けられてもよい。

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。

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。

まず、本発明の第１実施形態に係る反力処理装置を含む移動ステージ装置について説明する。図１は本発明の第１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、ステージ１２及び反力処理装置１を備えている。

定盤１１は、床（基礎）２５に除振バネ（除振手段）１６，１６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、当該第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。

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の側面２０ａには、側面２０ａ及び下面（底面）２０ｂに開口する凹部１７が形成されており、凹部１７には、反力処理装置１が設けられている（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。

ステージ１２は、盤面１８上に配設された第１ステージ１２_１と、盤面１９上に配設された第２ステージ１２_２と、を有している。第１ステージ１２_１には、例えば半導体ウエハＷ１が載置され、第２ステージ１２_１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１２_１，１２_２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１２_１，１２_２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。

ステージアクチュエータ２１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固定子１３と、第１ステージ１２_１に設けられ例えば電磁コイルからなる可動子１４とを含んで構成されている。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、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固定子２４と、第２ステージ１２_２に設けられ例えば電磁コイルからなる可動子２８とを含み、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。

これらのステージアクチュエータ２１，２３には、制御部（制御手段）３１が接続されており、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１２_１，１２_２が駆動される。

制御部３１は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等により構成されており、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。

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、反力処理装置１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。

この反力処理装置１は、ステージ１２_１の移動で定盤１１に生じる反力Ｆ_１と、ステージ１２_２の移動で定盤１１に生じる反力Ｆ_２とを処理するためのものであり、反力処理アクチュエータ２を備えている。この反力処理アクチュエータ２は、第１反力処理アクチュエータ（第１印加手段）２_１と、第１反力処理アクチュエータに対して高さの異なる位置に設けられた第２反力処理アクチュエータ（第２印加手段）２_２とを含んで構成されている。

第１反力処理アクチュエータ２_１は、反力を協働して処理するための力である第１カウンタ推力（第１の力）Ｒ_１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_１と、例えば電磁コイルからなる固定子４_１と、を有している。可動子３_１は、第１定盤部２０に取り付けられており、固定子４_１は、床２５に設置された柱状の固定フレーム５に取り付けられている。そして、可動子３_１及び固定子４_１は、互いに非接触となるように構成されている。また、第１反力処理アクチュエータ２_１は、制御部３１に接続されており、制御部３１から固定子４_１に駆動電流が供給されることにより、可動子３_１と固定子４_１との間に磁力が発生し、この磁力により、カウンタ推力Ｆ_１が可動子３_１に発生する。

第２反力処理アクチュエータ２_２は、反力を協働して処理するための力である第２カウンタ推力Ｒ_２を定盤１１に印加するものであり、第１反力処理アクチュエータ２_１よりも上方に設けられている。第２反力処理アクチュエータ２_２は、例えば永久磁石からなる可動子３_２と、例えば電磁コイルからなる固定子４_２と、を有している。可動子３_２は、第１定盤部２０において上記可動子３_１よりも上方に取り付けられており、固定子４_２は、固定フレーム５において上記固定子４_１よりも上端側に取り付けられている。つまり、定盤１１における第１及び第２カウンタ推力Ｒ_１，Ｒ_２の作用点高さが互いに異なっている。そして、可動子３_２及び固定子４_２が、互いに非接触となるように構成されている。また、第２反力処理アクチュエータ２_２は、制御部３１に接続されており、制御部３１から固定子４_２に駆動電流が供給されることにより、可動子３_２と固定子４_２との間に磁力が発生し、この磁力により、カウンタ推力Ｆ_２が可動子３_２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に覆われるようになっている。すなわち、可動子３_１，３_２及び固定子４_１，４_２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。

ここで、制御部３１は、反力処理アクチュエータ２_１，２_２に供給する駆動電流のそれぞれを制御することにより、第１及び第２カウンタ推力Ｒ_１，Ｒ_２の大きさを制御する。具体的には、制御部３１のコントローラ３２が、反力Ｆ_１，Ｆ_２を合力及び合モーメントとして相殺するように、第１及び第２カウンタ推力Ｒ_１，Ｒ_２を制御する。そこで、この制御部３１による第１及び第２カウンタ推力Ｒ_１，Ｒ_２の制御について、以下に詳細に説明する。

まず、図２に示すように、移動ステージ装置１０を、定盤が互いに高さの異なるＮ個（Ｎは２以上の整数）の盤面を有するものとしてモデル化し、Ｎ個のステージ１２_Ｎが各盤面上を移動するものとする。各ステージ１２_Ｎの移動で定盤１１に生じる複数の反力Ｆ_ｉ（ｉ＝１〜Ｎ、以下同じ）、各ステージ１２_Ｎの質量Ｍ_ｉ、加速度Ａ_ｉ、移動ステージ装置の重心Ｃの高さから反力Ｆ_ｉの作用点Ｂ_ｉ高さまでの各距離ｈ_ｉ、移動ステージ装置１０の重心Ｃの高さからカウンタ推力Ｒ_１，Ｒ_２の作用点高さまでの各距離ｒ_１，ｒ_２とする。このとき、反力Ｆ_ｉは、下記（１）式で表せる。

反力Ｆ_ｉにより定盤に作用する力の釣り合いは、下記（２）式で与えられる。

反力Ｆ_ｉにより定盤に作用するモーメントの釣り合いは、下記（３）式で与えられる。

上記（２），（３）に基づいて、第１及び第２カウンタ推力Ｒ_１，Ｒ_２は、下記（４）で与えられる。

従って、本実施形態では、移動ステージ装置１０の重心Ｃの高さからカウンタ推力Ｒ_１，Ｒ_２の作用点高さまでの各距離ｒ_１，ｒ_２が例えば設計値として設定される場合、上記（４）式を満たすようにカウンタ推力Ｒ_１，Ｒ_２が制御部３１により制御され、反力Ｆ_１，Ｆ_２が合力及び合モーメントとして相殺されることになる。

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印加され、印加された各駆動電流に応じた推力ｆ_１，ｆ_２が各ステージアクチュエータ２１，２３により発生され、これらの推力ｆ_１，ｆ_２によりステージ１２_１，１２_２がそれぞれ駆動される。

このとき、ステージ１２_１，１２_２に推力ｆ_１，ｆ_２が作用することにより、その反作用のために推力ｆ_１，ｆ_２とは逆の方向且つ同じ大きさの力である反力Ｆ_１，Ｆ_２が定盤１１に作用する。そこで、本実施形態では、制御部３１により、カウンタ推力Ｒ_１，Ｒ_２が反力処理アクチュエータ２_１，２_２にてそれぞれ発生すると共に上記（４）式を満たすようにカウンタ推力Ｒ_１，Ｒ_２が制御される。これにより、反力Ｆ_１，Ｆ_２が合力及び合モーメントとして相殺されることになる。

従って、定盤１１にモーメントを生じさせないために、定盤１１に作用する各反力Ｆ_１，Ｆ_２の作用点高さにカウンタ推力Ｒ_１，Ｒ_２の作用点高さをそれぞれ一致させる必要がなくなる。よって、定盤１１に複数の反力が生じるときにも、第１反力処理アクチュエータ２_１及び第２反力処理アクチュエータ２_２のみで処理することができる。これと共に、互いに高さの異なる位置であれば、反力処理アクチュエータ２_１，２_２を、拘束されることなく自由な位置に配置することが可能となる。その結果、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。

また、上述したように、定盤１１に作用する各反力Ｆ１，Ｆ２の作用点高さにカウンタ推力Ｒ１，Ｒ２の作用点高さをそれぞれ一致させる必要がなくなることから、反力処理装置１の固定フレーム５の高さを低くでき、よって、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が少なくなる。その結果、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。

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_１，２_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。そのため、定盤１１の盤面１８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）の増加が抑制される。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。

さらに、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_１，２_２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Ｆ_１，Ｆ_２の作用点高さとカウンタ推力Ｒ_１，Ｒ_２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。

また、本実施形態では、上述したように、第１反力処理アクチュエータ２_１において可動子３_１と固定子４_１とが互いに非接触となっており、第２反力処理アクチュエータ２_２において可動子３_２と固定子４_２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_１，３_２として永久磁石が定盤１１にそれぞれ取り付けられていると共に、固定子４_１，４_２として電磁コイルが固定フレーム５にそれぞれ取り付けられているため、固定子４_１，４_２の電磁コイルに駆動電流を印加することで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。

なお、カウンタ推力Ｒ_１，Ｒ_２を発生させるタイミングを反力Ｆ_１，Ｆ_２が生じるタイミングに応じたものとするため、ステージ１２_１，１２_２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_１，２_２とを１つのコントローラ３２で制御している。

次に、本発明の第２実施形態に係る反力処理装置を含む移動ステージ装置について説明する。図３は本発明の第２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。本実施形態の移動ステージ装置５０が、上記実施形態の移動ステージ装置１０（図１参照）と違う点は、第１反力処理アクチュエータ２_１を備えた反力処理装置１に代えて、第１反力処理アクチュエータ２_３を備えた反力処理アクチュエータ５２が設けられている点である。

第１反力処理アクチュエータ２_３は、第１定盤部２０の下面２０ｂと床２５との間に設けられており、例えば永久磁石からなる可動子３_３と、例えば電磁コイルからなる固定子４_３とを有している。可動子３_３は、第１定盤部２０の下面２０ｂのステー５４に取り付けられている一方、固定子４_３は、床２５に設置された柱状の固定フレーム５３に取り付けられている。そして、第１反力処理アクチュエータ２_３では、可動子３_３及び固定子４_３が互いに非接触となるように構成されている。

この本実施形態においても、上記実施形態と同様な効果、すなわち、反力処理装置１の大型化ひいては移動ステージ装置１０の大型化を抑制するという効果等を奏する。

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。

例えば、上記実施形態では、定盤１１が互いに高さの異なる２つの盤面１８，１９を有しているが、互いに高さの異なる３つ以上の盤面を有していてもよい。

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_１，２_２，２_３の可動子３_１，３_２，３_３を永久磁石とし、固定子４_１，４_２，４_３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。

また、上記実施形態では、定盤１１を床２５に除振バネ１６，１６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。

また、上記実施形態では、反力処理装置１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、上記実施形態では、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。

本発明の第１実施形態に係る反力処理装置の断面を示す概略構成図である。 図１の移動ステージ装置の力学モデルを示す図である。 本発明の第２実施形態に係る反力処理装置の断面を示す概略構成図である。

符号の説明

１…反力処理装置、２_１…第１反力処理アクチュエータ（第１印加手段）、２_２，２_３…第２反力処理アクチュエータ（第２印加手段）、３_１，３_２，３_３…可動子、４_１，４_２，４_３…固定子、１０，５０…移動ステージ装置、１１…定盤、１２，１２_１，１２_２…ステージ、１６…除振バネ（除振手段）、１８，１９…盤面、２０ｂ…下面（底面）、２５…床（基礎）、３１…制御部（制御手段）、Ｆ_１，Ｆ_２…反力、Ｒ_１，Ｒ_２…カウンタ推力（反力を相殺するための力）。

Claims (3)

1. 互いに高さの異なる複数の盤面を有すると共に基礎に除振手段を介して設置された定盤と、前記盤面上にそれぞれ配設され当該盤面上を移動する複数のステージと、を具備する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複数の反力を処理するための反力処理装置であって、
   前記複数の反力を協働して処理するための第１及び第２の力それぞれを前記定盤に印加する第１及び第２印加手段と、
   前記第１及び第２の力の大きさを制御する制御手段と、を備え、
   前記定盤における前記第１及び第２の力の作用点高さが互いに異なっており、
   前記制御手段は、前記複数の反力を合力及び合モーメントとして相殺するように、前記第１及び第２の力を制御することを特徴とする反力処理装置。
2. 前記第１及び第２印加手段は、前記定盤が被さるように当該定盤の盤面と前記基礎との間に配置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。
3. 前記第１及び第２印加手段の少なくとも一方は、前記定盤の底面と前記基礎との間に設けられていることを特徴とする請求項２記載の反力処理装置。

Images