JPH09320955A

JPH09320955A - 駆動装置及びステージ装置

Info

Publication number: JPH09320955A
Application number: JP8161171A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Ono; 一也小野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 1997-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】被駆動物を容易に且つ高精度に位置制御す
る。【解決手段】第２部材５０に固定されたコイル５２に
電流を流すと、このコイル５２と一方の永久磁石４６と
の間に吸引力が生じ、コイル５２と他方の永久磁石４８
との間には反発力が生じて第１部材４４に対し第２部材
５０が上下方向に相対的に駆動される。この場合反発力
と吸引力とコイル−永久磁石間の距離との関係は互いに
逆の特性を示すので、コイル５２に同時に作用する反発
力と吸引力とが互いの非線形な変化を打ち消しあい、コ
イル５２の永久磁石４６、４８に対する位置によらず、
電流に対して極めて線形性の高い力が発生する。従っ
て、コイル５２に流れる電流が一定である限りほぼ一定
の力で第２部材５０が取り付けられた被駆動物２０は第
１部材４４が固定されたステージ１９に対し相対的に駆
動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動装置及びステ
ージ装置に係り、更に詳しくは、磁気力により第１部材
に対し第２部材を相対的に駆動して、被駆動物を直線状
に駆動する駆動装置、及びこの駆動装置によって少なく
とも所定の駆動方向に駆動されるテーブルを備えたステ
ージ装置に関する。本発明に係るステージ装置は、露光
装置、特に極めて高精度な被露光基板の位置決めを必要
とするステッパ等の縮小投影型の露光装置、電子ビーム
露光装置等に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体素子や液晶表示基板の製
造におけるリソグラフィ工程では、マスクのパターンを
投影レンズを介して感光基板上に露光する光学式の投影
露光装置や、電子ビーム露光装置等が使用されている。

【０００３】最近では、半導体集積回路の高集積化に伴
い、パターン線幅に対する要求は非常に厳しくなり、今
やハーフミクロン以下のサブミクロンオーダーに達しよ
うとしている。このような線幅を実現するためには、解
像力を向上させなければならず、比較的開口数Ｎ．Ａ．
の大きな（焦点深度が浅い）投影レンズの結像面に感光
基板上のショット領域を合わせ込まねばならい。また、
ウエハ等の感光基板は、他の処理工程により熱処理等が
施され、その表面に微少な凹凸が生ずることが殆どであ
る。このような理由により、投影レンズの結像面に一致
させるため、感光基板が搭載される基板テーブルは、投
影レンズの光軸方向の移動と、光軸直交面に対する傾斜
補正が可能とされている。

【０００４】図８には、この種の基板テーブルを備えた
ステージ装置の一例が示されている。この図８は、ステ
ージ装置の適宜な断面を示したものである。このステー
ジ装置１００は、中空のステージ１０２と、このステー
ジ１０２の底面の図における左端と右端に配置されたＥ
型コアの電磁石１０４、１０６と、ステージ１０２の天
板の内面側に前記Ｅ型コアの電磁石１０４、１０６と上
下対称になるように配置されたＥ型コアの電磁石１０
８、１１０と、前記４つの電磁石１０４、１０６、１０
８、１１０にそれぞれ対向して基板テーブル１２０の上
下面に対称に配置された鉄板（Ｉ型コア）１１２Ａ、１
１２Ｂ、１１２Ｃ、１１２Ｄとを備えている。そして、
相互に対向する電磁石と鉄板との組により電磁石装置が
構成され、テーブル１２０を介して上下に配置された電
磁石装置同士の吸引力の大小により、テーブル１２０を
上下方向に駆動する電磁石装置の組が構成され、このよ
うな電磁石装置の組を、実際には、複数組、テーブル１
２０の上下に配置することにより、基板テーブル１２０
の上下動と傾斜補正とが行われるようになっていた。ま
た、この装置では、テーブル１２０の自重を支えるため
に永久磁石１２２、１２４の吸引力（または反発力）を
使った自重を支持する装置が設けられている。

【０００５】なお、図７には、上記の自重を支持する装
置にも用いられている一対の永久磁石間の距離と吸引力
との関係が実線で示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のステージ装置は以下のような種々の不都合を有して
いた。

【０００７】上記ように吸引力を対向して推力を発
生させる手法では、図７の永久磁石間の距離と吸引力の
関係からも推測されるように、テーブルの上下両面の電
磁石装置を構成するコイルに一定電流を流していても、
テーブルの上下位置によって推力が非線形に変化してし
まうことから、テーブルの位置制御が非常に困難になる
という大きな問題があった。

【０００８】上記のような自重を支持する装置で
は、その永久磁石同士の間隔により吸引力（自重を支持
する力）が図７の実線のように変化するのに対し、自重
そのものは変化しないため、この永久磁石同士の吸引力
の変化分を電磁石装置によって補わなければならない
が、電磁石装置は、もともとテーブルの上下傾斜駆動の
ためのものであるから、結果的に制御の複雑化を招くこ
とになる。これに加え、自重を支えるためには電磁石装
置を構成するコイルに常に電流を流し続けなければなら
ず、その発熱が問題となっていた。

【０００９】テーブルの上下両面に電磁石装置が必
要であることから、装置全体の大型化を招くとともに、
上記電磁石装置の発熱はテーブルの熱変形を招くので、
これを防止するためにはテーブルに冷却手段を設けなけ
ればならないが、これがより一層の装置の大型化を招く
とともに、テーブルが重くなる要因となっていた。この
ことは、周知の通り、精密位置決めには大変不利なこと
であって、位置決め精度を悪化させる大きな要因となっ
ていた。

【００１０】テーブル上下の電磁石装置はそれぞれ
違った吸引力を発生するため、原理的にテーブルを変形
させることになる。テーブルの上下動に伴なってそれぞ
れの吸引力は変化するため、テーブルが変形し、位置決
め精度を悪化させるという問題点もあった。

【００１１】更には、電子ビームを使った露光装置
や測定装置ではテーブルの上側に電磁石装置があると、
漏洩磁束によって電子ビームが曲げられ、このため電子
ビームの偏向等の制御が困難となり、正確な露光や測定
ができないという不都合もあった。

【００１２】本発明は、上記従来技術の有する不都合に
鑑みてなされたもので、その目的は、被駆動物を容易に
か且つ高精度に位置制御することができる駆動装置を提
供することにある。

【００１３】また、本発明の他の目的は、テーブルの位
置制御が容易で、しかも高精度かつ高速にテーブルを位
置決めすることが可能なステージ装置を提供することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、磁気力により第１部材に対し第２部材を相対的に駆
動して、被駆動物を直線状に駆動する駆動装置であっ
て、駆動方向に沿って所定間隔で配置され、それぞれの
磁束の向きが前記駆動方向上で相互に逆向きになる状態
で前記第１部材及び第２部材の内の一方の部材に固定さ
れた一対の永久磁石要素と；前記第１部材及び第２部材
の内の他方の部材に固定されるとともに前記一対の永久
磁石要素相互間に配置され、前記駆動方向と略平行にな
る向きの磁束を発生するコイル要素とを有する。

【００１５】これによれば、例えば第１部材に一対の永
久磁石要素が固定されているものとすると、第２部材に
固定されたコイル要素に電流を流すと、このコイル要素
と一方の永久磁石要素との間に吸引力が生じ、前記コイ
ル要素と他方の永久磁石要素との間には反発力が生じて
第１部材に対し第２部材が相対的に駆動される。この場
合において、上記反発力、吸引力はコイル要素−永久磁
石要素間の距離に応じて図７の実線と同様の非線形な変
化をそれぞれ示すが、この場合反発力と吸引力とコイル
要素−永久磁石要素間の距離との関係は互いに逆の特性
を示す（図７の実線と一点鎖線参照）ので、コイル要素
に同時に作用する反発力と吸引力とが互いの非線形な変
化を打ち消しあい、コイル要素の永久磁石要素に対する
位置によらず、電流に対して極めて線形性の高い力が発
生する。従って、コイル要素の永久磁石要素に対する位
置によらず、コイル要素に流れる電流が一定である限り
ほぼ一定の力で第２部材は第１部材に対し相対的に駆動
されることになる。この場合において被駆動物は第１部
材側に取り付けてもよく、あるいは第２部材側に取り付
けてもよく、あるいは両部材の相対駆動により、例えば
被駆動物を押圧駆動するようにしても良い。

【００１６】ここで、上記永久磁石要素は、永久磁石又
は永久磁石磁気回路によって構成される（以下において
同じ）。

【００１７】請求項２に記載の発明に係るステージ装置
は、ステージと；前記ステージに対して相対的に少なく
とも１自由度方向に移動可能なテーブルと；前記テーブ
ルを磁気力によって駆動する少なくとも一つの電磁駆動
装置とを備え、前記電磁駆動装置は、前記ステージ及び
テーブルの内の一方に固定された第１部材と；前記ステ
ージ及びテーブルの内の他方に固定された第２部材と；
前記移動方向に沿って所定間隔隔で配置され、それぞれ
の磁束の向きが前記移動方向上で相互に逆向きになる状
態で前記第１部材に固定された一対の永久磁石要素と；
前記第２部材に固定されるとともに前記一対の永久磁石
要素相互間に配置され、前記移動方向と略平行になる向
きの磁束を発生するコイル要素とを有する。

【００１８】これによれば、請求項１に記載の発明と同
様に、コイル要素に電流を流すと、第１部材に対し第２
部材が相対的に駆動され、これによりテーブルがステー
ジに対し相対的にその駆動方向（コイル要素の発生する
磁束の方向）に駆動される。この場合において、コイル
要素に同時に作用する反発力と吸引力とをが互いの非線
形な変化を打ち消しあうので、コイル要素の永久磁石要
素に対する位置、すなわちテーブルのステージに対する
位置によらず、電流に対して極めて線形性の高い推力で
テーブルはステージに対し相対的に駆動される。ここ
で、コイルに流れる電流が一定である限り、ほぼ一定の
力でテーブルはステージに対し相対的に駆動される。従
って、テーブルの位置制御が容易になるとともに、テー
ブルの変形が防止され、その位置決めを高速かつ高精度
に行うことが可能になる。

【００１９】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
のステージ装置において、前記テーブルは少なくとも重
力方向に移動可能とされ、前記テーブルを重力方向に駆
動する前記電磁駆動装置を構成する前記コイル要素の芯
は、永久磁石であることを特徴とする。これによれば、
請求項２に記載のステージ装置と同様にして、テーブル
の位置制御が容易になるとともに、テーブルの変形が防
止され、その重力方向の位置決めを高速かつ高精度に行
うことが可能になる。また、テーブルを重力方向に駆動
する電磁駆動装置を構成するコイル要素の芯は、永久磁
石であることから、この永久磁石と前記一対の永久磁石
間に働く吸引力、反発力の合力によりテーブルの自重を
支えることが可能になるとともに、この合力はテーブル
の重力方向の位置よらず、ほぼ一定であることから自重
を支えるために、コイル要素に電流を流す必要がなく、
この意味での電磁駆動装置の発熱を阻止でき、駆動装置
の他に自重を支える装置を別に設ける必要がないので、
その分装置を小型化できる。

【００２０】請求項４に記載の発明は、請求項２に記載
のステージ装置において、前記テーブルは少なくとも重
力方向に移動可能とされ、前記テーブルを重力方向に駆
動する前記電磁駆動装置を構成する前記コイル要素の芯
は、永久磁石と鉄の複合部材であることを特徴とする。
これによれば、請求項２に記載のステージ装置と同様に
して、テーブルの位置制御が容易になるとともに、テー
ブルの変形が防止され、その重力方向の位置決めを高速
かつ高精度に行うことが可能になる。また、テーブルを
重力方向に駆動する電磁駆動装置を構成するコイル要素
の芯は、永久磁石と鉄の複合部材であることから、請求
項３に記載の発明と同様に、永久磁石と前記一対の永久
磁石間に働く吸引力、反発力の合力によりテーブルの自
重を支えることが可能になり、自重を支えるための電磁
駆動装置の発熱を阻止でき、装置を小型化できる他、コ
イル要素の芯を構成する鉄の作用によりコイルに電流が
流れ電磁石になったときの磁力を強化できるので、コイ
ルに流れる電流が同じ大きさである場合には電磁駆動装
置の推力を増強させることが可能になる。これは別の見
方をすれば、より小さな電流をコイルに流せば足りるよ
うになるので、その分発熱を抑えることが可能になると
も言える。

【００２１】請求項５に記載のステージ装置は、請求項
３又は４に記載のステージ装置において、前記テーブル
は、前記ステージに対し６自由度方向に移動可能とさ
れ、前記テーブルを重力方向に駆動する前記電磁駆動装
置を含む前記テーブルを６自由度方向に駆動する６つの
前記電磁駆動装置を備えていることを特徴とする。

【００２２】これによれば、請求項３又は４に記載の発
明と同様にテーブルの自重を重力方向駆動用の電磁駆動
装置により支えた状態で、６つの電磁駆動装置により６
自由度方向に非接触にて駆動することが可能となる。こ
の場合、摩擦によるヒステリシスや不感帯もない。ま
た、各電磁駆動装置はテーブルの位置姿勢に関係なく、
常にコイルに流れる電流に対する線形性の非常に高い推
力を発生するので、テーブルを高速かつ高精度に６自由
度で位置決めできる。本発明に係るステージ装置を、露
光装置の露光ステージ等に適用した場合には、テーブル
を６自由度で駆動できるので、例えばθテーブル（θス
テージ）とレベリングテーブルとを兼用することが可能
となり、機構の簡略化とともに、位置決め時間をより一
層短縮することができる。

【００２３】請求項６に記載の発明は、請求項２ないし
５のいずれか一項に記載のステージ装置において、前記
ステージが、水平面内を移動可能な別のステージ上に搭
載されていることを特徴とする。これによれば、本発明
に係るステージ装置により微動ステージを構成し、別の
ステージにより粗動ステージを構成し、しかも微動ステ
ージを高精度に位置制御することが可能になる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
ないし図７に基づいて説明する。図１には、一実施形態
に係るステージ装置が適用された投影露光装置１０の構
成が概略的に示されている。

【００２５】この投影露光装置１０は、感光基板として
のウエハＷを図１におけるＸ、Ｙ、Ｚ軸方向及びＸ、
Ｙ、Ｚ軸回りの回転方向の６自由度で微少駆動するステ
ージ装置１２と、このステージ装置１２が搭載され、Ｘ
Ｙ２次元平面内を移動するＸＹ粗動ステージ１８と、ス
テージ装置１２の上方にその光軸ＡＸ方向がＺ軸方向と
一致する状態で配置された投影レンズＰＬと、この投影
レンズＰＬの上方でレチクルＲを光軸ＡＸに直交する面
内で保持するレチクルホルダ１４Ａ、１４Ｂとを備えて
いる。ここで、図１においては、紙面に直交する水平面
内の紙面方向をＸ軸方向、紙面直交方向をＹ軸方向、鉛
直軸方向をＺ軸方向と定めている。

【００２６】ＸＹ粗動ステージ１８は、不図示の定盤上
をＹ軸方向に移動するＹステージ１８Ｙと、このＹステ
ージ１８Ｙ上をＸ軸方向に移動するＸステージ１８Ｘと
から構成されている。これらのＹステージ１８Ｙ、Ｘス
テージ１８Ｘは定盤上を自在に移動できるように比較的
長い移動ストロークを有している。

【００２７】Ｘステージ１８Ｘ上に本実施形態に係るス
テージ装置１２が搭載されている。このステージ装置１
２の具体的構成等については、後に詳述する。

【００２８】ステージ装置１２はテーブルとしての試料
台２０を備えており、この試料台２０は、Ｘ、Ｙ、Ｚ、
Ｘθ（Ｘ軸回りの回転方向）、Ｙθ（Ｙ軸回りの回転方
向）、Ｚθ（Ｚ軸回りの回転方向）の６自由度方向に微
少駆動可能となっている（これについても後に詳述す
る）。この試料台２０上には、ウエハホルダ２２が載置
されており、このウエハホルダ２２上に不図示のバキュ
ームチャックを介して表面にフォトレジストが塗布され
たウエハＷが吸着固定されている。

【００２９】前記レチクルホルダ１４Ａ、１４ＢはＸＹ
２次元面内の微少駆動が可能とされており、これによっ
てレチクルＲのパターン面の中心（レチクルセンタ）が
光軸ＡＸ上に一致するようにレチクルアライメントが行
われるようになっている。

【００３０】図１において、白抜き矢印で示される照明
光ＥＬによってレチクルＲが照明されると、レチクルＲ
に形成されたパターンが投影レンズＰＬを介してウエハ
Ｗ上に投影露光されるが、このときにパターンの像がウ
エハＷの表面に良好に結像するためには、ウエハＷ表面
の露光フィールドを投影レンズＰＬの結像面（投影パタ
ーン像面）に一致させる必要がある。そのため、本実施
形態では、投影レンズＰＬの両脇にウエハＷ表面のＺ方
向位置（即ち焦点ずれ量）及びＸＹ平面に対する傾斜を
検出する射入射光式のいわゆる多点ＡＦ系から成るフォ
ーカス・レベリングセンサの送光系１６Ａと受光系１６
Ｂとが設けられている。

【００３１】そして、ステージ制御系２４では露光に先
立って受光系１６Ｂからの出力信号をモニタし露光フィ
ールド内の投影パターン像面とウエハＷ表面が一致して
いるかを調べ、ステージ装置１２を構成する後述する３
つのＺ方向（重力方向）駆動用の各電磁駆動装置を制御
して、露光フィールド内のウエハＷ表面が投影パターン
像面に一致するように、試料台２０のＺ方向位置、及び
傾斜を調整するようになっている。すなわち、このよう
にして本実施形態ではフォーカス制御、レベリング制御
が行なわれる。

【００３２】試料台２０上には、移動鏡２６が設けられ
ており、この移動鏡２６の位置がレーザ干渉計２８によ
って計測されるようになっている。ここで、図３に示さ
れるように、試料台２０上には、Ｘ方向移動鏡２６Ｘ、
Ｙ方向移動鏡２６Ｙが配置され、これらに対応してＸ軸
用レーザ干渉計２８Ｘと２つのＹ軸用レーザ干渉計２８
Ｙ1 、２８Ｙ2 とが実際には存在するが、図１では移動
鏡２６Ｘと２６Ｙとが代表的に移動鏡２６として示さ
れ、レーザ干渉計２８Ｘと２８Ｙ1 、２８Ｙ2 とが代表
的にレーザ干渉計２８として示されている。従って、レ
ーザ干渉計２６によって試料台２０（ないしウエハＷ）
の２次元面内の位置（Ｚθ方向の位置を含む）が計測さ
れるようになっており、この計測値がステージ制御系２
４に入力され、ステージ制御系２４ではこの干渉計２６
の計測値をモニタしつつ不図示のＸ駆動モータ、Ｙ駆動
モータを介してＸステージ１８Ｘ、Ｙステージ１８Ｙを
移動させるとともに、ステージ装置１２を構成する後述
する３つの水平方向駆動用の電磁駆動装置を駆動制御す
ることにより、ウエハＷのＸ、Ｙ、Ｚθ方向の位置決め
を行うようになっている。

【００３３】上述したようなフォーカス制御、レベリン
グ制御を含むステージ駆動制御及び露光動作はすべて制
御装置３０により管理されるようになっている。

【００３４】図２ないし図５には、図１のステージ装置
１２部分が示されている。この内、図２は概略正面図、
図３は平面図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５は図
４のＢ−Ｂ線矢視図である。

【００３５】図２ないし図５に示されるように、このス
テージ装置１２は、ステージ１９と、このステージ１９
上に配設されたテーブルとしての試料台２０と、この試
料台２０を異なる３個所で支持するとともにＺ軸方向に
それぞれ駆動する３つのＺ方向（重力方向）駆動用の電
磁駆動装置３２、３４、３６と、試料台２０をＸＹ２次
元面内で駆動する３つの水平方向駆動用の電磁駆動装置
３８、４０、４２とを備えている。

【００３６】ここで、本発明に係る駆動装置としての各
電磁駆動装置の配置等について説明する。３つのＺ方向
（重力方向）駆動用の電磁駆動装置３２、３４、３６
は、図３の平面図に示されるように、試料台２０の下方
でほぼ正三角形の頂点の位置にそれぞれ配置されてい
る。このため、これら３つの電磁駆動装置３２、３４、
３６を独立して駆動することにより、被駆動物である試
料台２０をＺ、Ｘθ、Ｙθ方向に駆動できるとともに、
各駆動量を調整することにより試料台２０のＺ軸方向位
置、及びＸＹ平面に対する傾斜量（ローリング量、ピッ
チング量）を調整できるようになっている。

【００３７】また、３つの水平方向駆動用の電磁駆動装
置３８、４０、４２の内、電磁駆動装置３８と４０と
は、それぞれ試料台２０をステージ１９に対しＹ軸方向
に駆動するＹ軸方向駆動用の電磁駆動装置であるが、本
実施形態ではこれらが試料台２０のほぼ重心位置を挟む
Ｘ方向の両側にほぼ左右対称に配置されている。このた
め、電磁駆動装置３８と、電磁駆動装置４０とによる試
料台２０の駆動量を同じ大きさで同一向きにすると試料
台はＹ方向に駆動され、また電磁駆動装置３８と、電磁
駆動装置４０とによる試料台２０の駆動力（推力）の向
きを一方を＋Ｙ方向、他方を−Ｙ方向にすることによ
り、試料台２０をステージ１９に対して所定角度範囲内
でほぼ重心を通るＺ軸回りに回転させることができ、こ
れらの駆動装置３８、４０の駆動量を適宜調整すること
により試料台２０を回転（Ｚθ）位置決めできるように
なっている。残りの電磁駆動装置４２は、試料台２０を
ステージ１９に対しＸ軸方向に駆動するＸ軸方向駆動用
の電磁駆動装置であり、この電磁駆動装置４２は試料台
２０のほぼ重心位置に配置されている。

【００３８】次に、Ｚ方向駆動用の電磁駆動装置につい
て、電磁駆動装置３２を例にとって説明する。この電磁
駆動装置３２は、図４に示されるように、ステージ１９
の上面に上方に向かって突設された断面略逆Ｕ字状の第
１部材としての磁石保持部材４４と、この磁石保持部材
４４にＺ軸方向に所定間隔を隔てて保持された一対の永
久磁石要素としての永久磁石４６、４８と、これらの永
久磁石４６、４８の間に位置し、試料台２０の下面に下
方に向かって突設された第２部材としてのコイルホルダ
５０に保持されたコイル要素５２と、このコイル要素５
２の芯５４とを備えている。

【００３９】これを更に詳述すると、一方の永久磁石４
６は磁石保持部材４４の天井面の内面側に、Ｎ極が下方
を向いた状態で固着されている。他方の永久磁石４８は
ステージ１９上に磁石間隔調節用のスペーサ６０を介し
てＮ極が上を向いた状態で載置され、この状態で磁石保
持部材に取り付けられている。また、前記コイル要素５
２は、芯５４にその発生する磁束の方向がＺ軸方向とな
るように巻き付けられている。この芯５４は、円筒状の
鉄芯５８と、この鉄芯５８の内部にＳ極を一方の永久磁
石４６の方に向け、Ｎ極を他方の永久磁石４８の方に向
けて圧入された永久磁石５６とによって構成されてい
る。その他のＺ方向駆動用の電磁駆動装置３４、３６も
この電磁駆動装置３２と同様にして構成されている。

【００４０】このようにして構成された電磁駆動装置３
２、３４、３６では、いずれのコイル要素５２にも電流
が流れない状態では、それぞれの電磁駆動装置を構成す
る永久磁石４６、５６間に吸引力が、永久磁石５６、４
８間に反発力がそれぞれ作用しており、各電磁駆動装置
３２、３４、３６ではこの吸引力と反発力との合力によ
り試料台２０を上方に向けて付勢しており、各電磁駆動
装置３２、３４、３６を構成する永久磁石の強さや磁石
同士の隙間を調節する（例えば、スペーサ６０の厚さを
調整する）ことで、試料台２０対する前記上向き付勢力
を調整し、この付勢力の合力により試料台２０の自重を
支持することができるようになっている。すなわち、本
実施形態の装置１２では、３つの電磁駆動装置３２、３
４、３６で常時発生する磁気力（永久磁石による）によ
り試料台２０の自重を支えている。

【００４１】ここで、電磁駆動装置３２を構成する永久
磁石４６、５６間の吸引力、永久磁石４８、５６間の反
発力は、それぞれ図７の実線に示されるように、永久磁
石間の距離に応じて非線形な変化をする（距離の二乗に
反比例する）が、この場合、永久磁石４６、５６間の距
離Ｌ１と、永久磁石４８、５６間の距離Ｌ２とは、Ｌ１
＋Ｌ２＝Ｌ（Ｌは磁石保持部材４４に保持された一対の
永久磁石４６、４８の位置に応じて定まる一定値であ
る）の関係を満たすので、永久磁石４６、５６間の吸引
力、永久磁石４８、５６間の反発力と距離Ｌ１との関係
は、図７の実線と一点鎖線で示されるように逆の特性を
示し、永久磁石５６に同時に作用する反発力と吸引力と
が互いの非線形な変化を打ち消しあい、永久磁石５６の
永久磁石４６に対する位置によらず、ほぼ一定の上向き
の力を発生する。他の電磁駆動装置３４、３６おいても
同様である。従って、予め、３つの電磁駆動装置３２、
３４、３６で常時発生する磁気力（永久磁石による）に
より試料台２０の自重を支持できるように、各電磁駆動
装置３２、３４、３６を構成する永久磁石の強さや磁石
同士の隙間を調節しておけば、試料台２０の位置、姿勢
にかかわらず、コイル要素５２に電流を流すことなく常
に試料台２０の自重を支持することができ、自重を支え
るための電磁駆動装置の発熱を防止することができる。

【００４２】各電磁駆動装置３２、３４、３６で発生す
る上記上向きの力が一定力になることの一例が図６に示
されている。この図６では、永久磁石４８と永久磁石５
６との距離を横軸にとり、その時の上方向の発生力を縦
軸にとっている。これをみると距離４．６ｍｍの近傍で
は力がほとんど変化しないことがわかる。

【００４３】また、例えば電磁駆動装置３２を構成する
コイル要素５２に電流を流し、当該コイル要素５２の上
面がＳ極、下面がＮ極となる磁束を発生させた場合に
は、コイル要素５２の上面では永久磁石４６との間で吸
引力が作用し、コイル要素５２の下面では永久磁石４８
との間に反発力が作用する。これによって、電磁駆動装
置３２はＺ軸方向上向きの推力を発生し、コイルホルダ
５０を介して試料台２０を上方に駆動する。

【００４４】一方、コイル要素５２に流す電流の向きを
逆にすると、当該コイル要素５２の上面がＮ極、下面が
Ｓ極となる磁束が発生し、コイル要素５２の上面では永
久磁石４６との間で反発力が作用し、コイル要素５２の
下面では永久磁石４８との間に吸引力が作用する。これ
によって、電磁装置３２はＺ軸方向下向きの推力を発生
し、コイルホルダ５０を介して試料台２０を下方に駆動
する。

【００４５】このようにして電磁駆動装置３２では、Ｚ
軸方向（上向き、下向き）の推力を発生するが、コイル
要素５２の上下面に同時に作用する吸引力と反発力との
合力が推力となるので、図７の実線と一点鎖線で示され
るように、コイル要素５２に同時に作用する吸引力と反
発力とが逆の特性を示し、当該反発力と吸引力とが互い
の非線形な変化を打ち消しあい、コイル要素５２の永久
磁石４６、４８に対する位置によらず、すなわち、試料
台２０の上下位置によらず、コイル要素５２に流れる電
流値に対して非常に線形性のよい推力が常に発生する。
これは試料台２０の制御上極めて有利な点である。

【００４６】その他のＺ軸方向駆動用の電磁駆動装置３
４、３６も同様にして、試料台２０の上下位置によら
ず、コイル要素に流れる電流値に対して非常に線形性の
よいＺ軸方向推力を発生し、これにより３つの電磁駆動
装置３２、３４、３６の各コイル要素５２に流れる電流
値を制御することにより、試料台２０のＺ方向、及び傾
斜方向の位置決め（前述したフォーカス制御・レベリン
グ制御）を容易かつ高精度に行うことができる。

【００４７】前記３つの水平方向駆動用の電磁駆動装置
の内、Ｘ方向駆動用の電磁駆動装置４２は、図４に示さ
れるように、ステージ１９の上面に上方に向かって突設
された断面略Ｕ字状の第１部材としての磁石保持部材６
２と、この磁石保持部材６２にＸ軸方向に所定間隔を隔
てて保持された一対の永久磁石要素としての永久磁石６
４、６６と、これらの永久磁石６４、６６の間に位置
し、試料台２０の下面に下方に向かって突設された第２
部材としてのコイルホルダ６８に保持されたコイル要素
７０とを備えている。ここで、永久磁石６４は、Ｎ極を
Ｘ軸方向の一側（図における右側）に向け、永久磁石６
６は、Ｎ極をＸ軸方向の他側に向けて配置されている。
また、コイル要素７０はＸ軸方向の磁束を発生するよう
になっている。従って、コイル要素７０に電流を流す
と、コイル要素７０と永久磁石６４、６６との間に吸引
力、反発力（反発力、吸引力）が作用し、このようにし
てＸ軸方向一側（他側）に向けてコイルホルダ６８を介
して試料台２０を駆動する推力が発生する。この推力も
コイル要素７０に流れる電流値に対して非常に線形性の
良いものとなる点は、前述と同様である。他の水平方向
駆動用の電磁駆動装置３８、４０は、電磁駆動装置４２
と同様に構成され、Ｙ軸方向の推力をそれぞれ発生す
る。

【００４８】従って、３つの水平方向駆動用の電磁駆動
装置３８、４０、４２を構成するコイル要素に流れる電
流の向き、電流値を制御することにより、試料台２０を
ＸＹ２次元面内で微少駆動することができ、また高速か
つ高精度に位置決めすることができる。

【００４９】本実施形態の露光装置１０では、上述のよ
うにして構成されたステージ装置１２がＸＹ粗動ステー
ジ１８上に搭載されているので、露光時のウエハＷのス
テッピングの際には、ステージ制御系２４によってレー
ザ干渉計２８の出力に基づいてＸＹ粗動ステージ１８を
用いて大まかな位置決めが行われ、電磁駆動装置３８、
４０、４２を用いて細かい位置決め（Ｘ、Ｙ、Ｚθ方
向）が行なわれるようになっている。

【００５０】以上説明したように、本実施形態に係るス
テージ装置１２を構成する各電磁駆動装置では、各コイ
ル要素に吸引力と反発力とを同時に与えて両者の非線形
な変化を互いに相殺するようにしているので、試料台２
０の位置、姿勢によらず電流に対して極めて線形性の高
い推力をそれぞれ発生でき、各駆動装置によるそれぞれ
の方向の試料台２０の位置制御が容易である。また、本
実施形態に係るステージ装置１２では、試料台２０の上
下両面を使うことなく、試料台２０の下方にのみ電磁駆
動装置を配置しているので、テーブルの上下に駆動機構
を配置する図８の従来例等の場合に比べて、装置全体の
小型化が可能であるとともに漏洩磁束が電子ビームに与
える影響等を軽減することができるので、電子ビームを
使った露光機や測定器への適用が容易になる。また、各
電磁駆動装置の推力は略一点でのみ発生するので、試料
台２０を変形させ難い。

【００５１】また、ステージ装置１２を構成するＺ方向
駆動用の３つの電磁駆動装置３２、３４、３６は、コイ
ル要素５２の芯５４として磁束の向きが永久磁石４６、
４８の磁束の向きと平行になるような永久磁石５６と鉄
芯５８の複合体が用いられていることから、該電磁駆動
装置で試料台２０に対するＺ方向の推力を発生する他、
永久磁石５６に作用する吸引力、反発力の合力により試
料台２０の自重をも支えることができ、また、鉄芯５８
の磁力増強作用により、空芯あるいは非磁性体が芯とし
て用いられている場合や永久磁石のみの場合に比べて、
該磁石装置の推力を増強させることができる。

【００５２】更には、各電磁駆動装置は、非接触でテー
ブルをそれぞれの方向に駆動するため、摩擦によるヒス
テリシスや不感帯がなく、また、それによる精度劣化も
ない。

【００５３】従って、上記ステージ装置１２をウエハス
テージとして備えた本実施形態に係る露光装置１０で
は、ウエハＷを６自由度で極めて高速、かつ高精度に位
置決めすることが可能になり、スループットの向上を図
ることができるとともに、極めて高精度な重ね合わせ露
光を実現することができる。また、この露光装置１０で
は、試料台２０が６自由度で微少駆動可能とされている
ことから、Ｚ・レベリングテーブルとθテーブルとを別
々に設ける必要がなく、結果的に構成の簡略化を図るこ
とができるという利点もある。

【００５４】なお、上記実施形態では、テーブルとして
の試料台が６自由度方向に移動可能とされている場合に
ついて説明したが、本発明がこれに限定されるものでは
なく、テーブルは少なくとも一方向（例えば、Ｘ、Ｙ、
Ｚのいずれか一方向）に移動可能とされていれば良い。

【００５５】また、上記実施形態では、水平方向駆動用
の電磁駆動装置３８、４０、４２を構成するコイル要素
７０の芯が空芯である場合を例示したが、この芯を樹脂
等の非磁性体、鉄等の磁性体、磁石、磁石と鉄の複合体
等、いずれにより構成しても良い。また、Ｚ方向駆動用
の電磁駆動装置３２、３４、３６を構成するコイル要素
５２の芯は、請求項３に記載した如く永久磁石のみで構
成しても良く、この場合であっても、上記実施形態のス
テージ装置１２と同様に、この芯を構成する永久磁石と
一対の永久磁石間に働く吸引力、反発力の合力によりテ
ーブル（試料台）の自重を支えることが可能になるとと
もに、この合力はテーブルの重力方向の位置よらず、ほ
ぼ一定であることから自重を支えるために、コイル要素
に電流を流す必要がなく、この意味での電磁駆動装置の
発熱を阻止でき、駆動装置の他に自重を支える装置を別
に設ける必要がないので、その分装置を小型化できる。

【００５６】また、上記実施形態の図１の装置は、いわ
ゆるステップ・アンド・リピートタイプの露光装置に本
発明が適用された場合のものであるが、本発明の適用範
囲がこれに限定されるものではなく、本発明に係る駆動
装置、ステージ装置は、例えば特開平４−１９６５１３
号、特開平４−２７７６１２号、特開平２−２２９４２
３号等に開示された、いわゆるステップ・アンド・スキ
ャンタイプ（レチクルとウエハとを同期して移動しなが
ら露光するタイプ）の露光装置にも好適に適用でき、さ
らに露光装置に限らず、その他の装置であっても試料台
（またはテーブル）を高精度に位置決めする必要のある
装置であれば、本発明を好適に適用できる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る駆動
装置によれば、被駆動物の位置の変化によって推力が変
化することがなく、被駆動物の位置制御を容易かつ高精
度に行うことができるという従来にない優れた効果があ
る。

【００５８】また、本発明に係るステージ装置によれ
ば、テーブルの位置制御が容易で、しかも高精度かつ高
速にテーブルを位置決めすることができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係るステージ装置が適用された露
光装置の構成を概略的に示す図である。

【図２】図１のステージ装置の概略正面図である。

【図３】図２の平面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】図４のＢ−Ｂ線矢視図である。

【図６】可動側の永久磁石に同時に作用する吸引力と反
発力の合力が試料台の位置によらず、ほぼ一定となるこ
とを示す図である。

【図７】コイル要素（又は可動側の永久磁石）に同時に
作用する吸引力と反発力が逆の特性を示すことを説明す
るための図である。

【図８】従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

１２ステージ装置１８ＸＹ粗動ステージ（別のステージ）１９ステージ２０試料台（被駆動物、テーブル）３２、３４、３６重力方向駆動用の電磁駆動装置（駆
動装置）３８、４０、４２水平方向駆動用の電磁駆動装置（駆
動装置）４４磁石保持部材（第１部材）４６、４８永久磁石（永久磁石要素）５０コイルホルダ（第２部材）５２コイル要素５４コイル要素の芯６４、６６永久磁石（永久磁石要素）６８コイルホルダ（第２部材）７０コイル要素

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気力により第１部材に対し第２部材を
相対的に駆動して、被駆動物を直線状に駆動する駆動装
置であって、駆動方向に沿って所定間隔で配置され、それぞれの磁束
の向きが前記駆動方向上で相互に逆向きになる状態で前
記第１部材及び第２部材の内の一方の部材に固定された
一対の永久磁石要素と；前記第１部材及び第２部材の内
の他方の部材に固定されるとともに前記一対の永久磁石
要素相互間に配置され、前記駆動方向と略平行になる向
きの磁束を発生するコイル要素とを有する駆動装置。
【請求項２】ステージと；前記ステージに対して相対
的に少なくとも１自由度方向に移動可能なテーブルと；
前記テーブルを磁気力によって駆動する少なくとも一つ
の電磁駆動装置とを備え、前記電磁駆動装置は、前記ステージ及びテーブルの内の一方に固定された第１
部材と；前記ステージ及びテーブルの内の他方に固定さ
れた第２部材と；前記移動方向に沿って所定間隔で配置
され、それぞれの磁束の向きが前記移動方向上で相互に
逆向きになる状態で前記第１部材に固定された一対の永
久磁石要素と；前記第２部材に固定されるとともに前記
一対の永久磁石要素相互間に配置され、前記移動方向と
略平行になる向きの磁束を発生するコイル要素とを有す
るステージ装置。
【請求項３】前記テーブルは少なくとも重力方向に移
動可能とされ、前記テーブルを重力方向に駆動する前記電磁駆動装置を
構成する前記コイル要素の芯は、永久磁石であることを
特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
【請求項４】前記テーブルは少なくとも重力方向に移
動可能とされ、前記テーブルを重力方向に駆動する前記電磁駆動装置を
構成する前記コイル要素の芯は、永久磁石と鉄の複合部
材であることを特徴とする請求項２に記載のステージ装
置。
【請求項５】前記テーブルは、前記ステージに対し６
自由度方向に移動可能とされ、前記テーブルを重力方向
に駆動する前記電磁駆動装置を含む前記テーブルを６自
由度方向に駆動する６つの前記電磁駆動装置を備えてい
ることを特徴とする請求項３又は４に記載のステージ装
置。
【請求項６】前記ステージが、水平面内を移動可能な
別のステージ上に搭載されていることを特徴とする請求
項２ないし５のいずれか一項に記載のステージ装置。