ステージ装置
【課題】発塵を抑制したステージ装置を提供する。
【解決手段】ステージ装置２は、平らな上面を有するベースプレート５０と、非接触軸受によってベースプレート上面の上に浮上する可動フレーム４０と、アクチュエータ２０を備えている。アクチュエータ２０は、その先端が可動フレーム４０の側面に当接しており、可動フレーム４０を水平面内で位置決めする。アクチュエータ２０の先端と可動フレーム４０の側面が、回転自在な球部材２３を介して当接している。球部材２３の回転が可動フレーム４０を移動させる際の摺動を抑制するので摺動に起因する発塵が抑制される。
【解決手段】ステージ装置２は、平らな上面を有するベースプレート５０と、非接触軸受によってベースプレート上面の上に浮上する可動フレーム４０と、アクチュエータ２０を備えている。アクチュエータ２０は、その先端が可動フレーム４０の側面に当接しており、可動フレーム４０を水平面内で位置決めする。アクチュエータ２０の先端と可動フレーム４０の側面が、回転自在な球部材２３を介して当接している。球部材２３の回転が可動フレーム４０を移動させる際の摺動を抑制するので摺動に起因する発塵が抑制される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベースプレート上の可動フレームを水平面内で位置決めするステージ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステージ装置は、ベースプレート上の可動フレームを水平面内で移動／回転させるアクチュエータを備える。「ベースプレート」は、可動フレームを載置する平坦精度の高い上面を有しており、「定盤」と呼ばれることもある。可動フレームの水平面内位置と鉛直軸回り角度の３自由度を制御するために、ステージ装置は少なくとも３個のアクチュエータを備えている。
【０００３】
高い位置決め精度が要求されるステージ装置の応用として半導体露光装置がある（例えば特許文献１）。以下では、「半導体露光装置」を単に「露光装置」と称する。露光装置は、半導体ウエハを位置決めするウエハ用ステージユニット、ウエハに照射する照射光のパターンを規定するレクチルを位置決めするレクチル用ステージユニットを備える。レクチル用ステージユニットのベースプレートと可動フレームは、枠形状を有しており、可動フレームに固定されたレクチルを照射光が通過できるようになっている。レクチル用ステージユニットとウエハ用ステージユニットの間には、レクチルを通過した照射光を集光するためのレンズなどを含む光学ユニットが配置されている。レクチル用ステージユニット、光学ユニット、ウエハ用ステージユニットがこの順で配置されている。レクチルを通過した照射光は、光学ユニットを通して調整され、半導体ウエハ上の所定の位置に正確に照射される。半導体装置の微細化に伴い、露光装置等に適用されるステージ装置の位置決め精度の向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３１８０３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ステージ装置の位置決め精度の向上を妨げる要因の一つに発塵がある。発明者の検討によれば、発塵の主な要因は、ベースプレートと可動フレームの間の摺動、及び、可動フレームを移動・位置決めするためのアクチュエータと可動フレームの接触摺動であることが判明した。本発明は、発塵を抑制したステージ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する新規なステージ装置は、ベースプレートと可動フレームの間の摺動を回避するために、可動フレームを非接触軸受で浮上させる。非接触軸受を採用すると、可動フレームの浮上／着地に伴って可動フレームが上下方向に微動する。可動フレームの上下動を許容するために、このステージ装置は、先端が可動フレームの側面に当接する伸縮ロッドを有するアクチュエータを少なくとも３個備える。このステージ装置は、ロッドの伸展長さを調整することによって可動ステージの水平位置と鉛直軸回り角度を規定する。なお、非接触軸受には、磁気軸受と気体軸受がある。なお、以下では、可動ステージの水平位置と鉛直軸回り角度を調整することを「可動ステージを位置決めする」と称する場合がある。
【０００７】
可動フレームを移動させるアクチュエータは、その先端が可動フレームの側面に当接しているので、可動フレームの上下動に伴ってアクチュエータの先端が可動フレームの側面を上下方向に摺動する。また、可動フレームの水平面内の回転に伴い、アクチュエータの先端は可動フレームの側面を水平方向にも摺動する。即ち、非接触軸受と上記のアクチュエータの採用にともない、アクチュエータの先端が可動フレームの側面に対して２次元的に摺動する。
【０００８】
本明細書が開示するステージ装置は、アクチュエータ先端と可動フレームの間の摺動を低減するために、アクチュエータの先端と可動フレーム側面の接触部に回転自在な球部材を採用する。このステージ装置は、非接触軸受によってベースプレートと可動フレームの間の摺動をなくすとともに、回転自在な球部材がアクチュエータ先端と可動フレーム側面の摺動を抑制する。このステージ装置は、可動フレームが動く際に摺動する部分が少ないので、発塵を抑制する。即ちこのステージ装置は、非接触軸受と球部材接触のアクチュエータの採用によって発塵を顕著に抑制することができる。
【０００９】
具体的には、本明細書が開示するステージ装置は、平らな上面を有するベースプレートと、非接触軸受によってベースプレート上面の上に浮上する可動フレームと、アクチュエータを備えている。アクチュエータは、その先端が可動フレームの側面に当接しており、可動フレームを水平面内で位置決めする。そして、アクチュエータの先端と可動フレーム側面が、回転自在な球部材を介して当接している。ここでいう可動フレーム側面とは、平面が水平方向に面している可動フレーム側面を意味する。
【００１０】
球部材は、アクチュータの先端に支持されていてよいし、可動フレームの側面に支持されていてもよい。より具体的には、アクチュエータの先端と可動フレーム側面のいずれか一方に、球部材が遊嵌する窪みが設けられており、球部材と窪みの表面との間に、球部材よりも小径の複数の小球が回転自在に配置されているとよい。小球群がいわゆるベアリングとして機能し、球部材の回転を円滑にする。
【００１１】
さらには、アクチュエータの先端と可動フレーム側面の他方が平面であり、その平面と球部材が点接触していることが好適である。即ち、アクチュエータの先端と可動フレーム側面の一方に小球群を介して球部材が遊嵌する窪みが設けられており、他方が平面で球部材と点接触していることが好ましい。そのような構成を有するステージ装置は、アクチュエータ先端の可動フレーム側面に沿った２次元的な動きに対して球部材が追従して円滑に回転するので、アクチュエータ先端と可動フレーム側面の間の摺動を抑制し、発塵を顕著に低減することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、可動フレームの動きに伴う発塵を抑制したステージ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】露光装置の模式的側面図を示す。
【図２】ステージユニットの模式的平面図示す。
【図３】図２の破線で囲んだ部分の拡大断面図を示す。
【図４】可動フレームの底面図を示す。
【図５】可動フレームの軸受部の拡大図を示す。
【図６】他の形態の気体軸受の模式的平面図を示す。
【図７】ステージユニットの鉛直方向の支持構造を説明する図である。
【図８】ステージユニットの水平方向の支持構造を説明する図である。
【実施例】
【００１４】
実施例では、ステージ装置の一典型例として、半導体ウエハの露光装置１を説明する。図１に露光装置１の模式的側面図を示す。露光装置１は、２個のステージユニット（第１ステージユニット２、第２ステージユニット８）、光源４、及び、光学ユニット６を備える。光源４と光学ユニット６は、露光装置１の筐体１０に固定されている。第１ステージユニット２は、レクチルＭを位置決めするためのユニットであり、第２ステージユニット８は、半導体ウエハＷを位置決めするためのユニットである。
【００１５】
第１ステージユニット２は、ベースプレート５０、可動フレーム４０、アクチュエータ２０を備えており、可動フレーム４０にレクチルMが固定されている。アクチュエータ２０が可動フレーム４０を動かしてレクチルＭの水平位置を調整する。第１ステージユニット２は、筐体１０に設けられた支持部１２と水平位置基準部１５によって支持されている。第２ステージユニット８は、第１ステージユニット２と同じ構造を有しており、その可動フレーム９に半導体ウエハＷが固定されている。なお、アクチュエータ２０、支持部１２、水平位置基準部１５の詳細な構造については後述する。
【００１６】
露光装置１の機能を説明する。光源４から発射された光Ｌは、レクチルＭを通過することによって所望の照射パターンに成形される。レクチルＭ通過後の照射光は、光学ユニット６を通過することによって照射パターンが縮小され、半導体ウエハＷに照射される。半導体ウエハＷの所定の位置に正確に照射パターンを照射するため、第１ステージユニット２がレクチルＭの水平位置を調整し、第２ステージユニット８が半導体ウエハＷの水平位置を調整する。半導体装置の高度化に伴い、露光装置には、照射パターンを高精度に半導体ウエハＷの所定位置へ照射する能力が求められている。
【００１７】
露光装置１の技術的特徴のいくつかは、ステージユニットの構造に備えられている。以下、第１ステージユニット２の構造を説明する。なお、第２ステージユニット８も同じ構造を有しているので、第２ステージユニット８については説明を省略する。
【００１８】
図２に第１ステージユニット２の平面図を示す。なお、図２では、レクチルＭの図示を省略するとともに、第１ステージユニット２のベースプレート５０を支持する筐体１０の支持部１２と水平位置基準部１５の図示を省略している。
【００１９】
可動フレーム４０は、上面が平面のベースプレート５０の上面に気体軸受（エアベアリング）によって浮上する。気体軸受の構造については後述する。レクチルＭを通過した照射光が通過できるように、可動フレーム４０は矩形の枠型である。なお、ベースプレート５０にも矩形の貫通孔が設けられているが、図２ではその図示を省略している。
【００２０】
ベースプレート５０には３個のアクチュエータ２０ａ、２０ｂ、及び２０ｃが配置されており、それらのアクチュエータ群が可動フレーム４０の水平方向位置と鉛直軸回りの角度を調整する。各アクチュエータは、伸縮ロッド２１の先端が可動フレーム４０の側面に当接している。「可動フレーム４０の側面」とは、水平方向を向いている面を意味する。３個のアクチュエータの伸縮ロッドを夫々適宜に伸縮することによって、可動フレーム４０の水平方向位置と鉛直軸回りの角度が調整される。
【００２１】
より具体的には、第１アクチュエータ２０ａの先端と第２アクチュエータ２０ｂの先端が可動フレーム４０の第１側面４０ａに当接し、第３アクチュエータ２０ｃの先端が第２側面４０ｂに当接している。アクチュエータの先端には回転自在な球部材２３が取り付けられており、球部材２３を介してアクチュエータ先端と可動フレーム側面が当接している。３個のアクチュエータは同じ構造を有しているので、以下では第１アクチュエータ２０ａについてその構造を詳細に説明する。
【００２２】
伸縮ロッド２１の両側にばね２２が配置されている。ばね２２は、第１アクチュエータ２０ａと可動フレーム４０を連結しており、可動フレーム４０を第１アクチュエータ２０ａの先端に向けて付勢している。即ち、第１ステージユニット２は、ばね２２の付勢力によってアクチュエータの先端と可動フレーム４０との接触を維持する。ばね２２は、可動フレーム４０をアクチュエータ先端に押し当てる弾性部材の一例に相当する。
【００２３】
図３に、アクチュエータ先端部の拡大断面図を示す。図３は、図２において破線で囲った部分の拡大断面図に相当する。図面を見やすくするため図３では、球部材２３と小球２７には、断面を示すハッチングを省略している。伸縮ロッド２１の先端には、半球状の窪み２４が設けられている。窪み２４に球部材２３が遊嵌している。球部材２３が窪みから飛び出すことを防止するために、リテーナ２５が取り付けられている。球部材２３の一部が、リテーナ２５の孔から外側へ突出している。
【００２４】
窪み２４の表面と球部材２３の間には、半球シェル状のスペーサ２６とともに、３個の小球２７が配置されている。スペーサ２６には３個の孔が等間隔に設けられており、各小球２７が各孔に嵌っている。スペーサ２６は、３個の小球２７の相対位置を維持する。
【００２５】
球部材２３は、リテーナ２５から飛び出している部分で可動フレーム４０の平坦な側面４０ａに点接触している。アクチュエータ２０ａを駆動すると、即ち、ロッド２１を伸縮すると、可動フレーム４０がアクチュエータの先端に対して相対的に動く。側面４０ａの動きに合わせて球部材２３と小球２７が回転するので、可動フレーム４０とアクチュエータ先端の間で摺動が生じない。また、前述したように可動フレーム４０は気体軸受によってベースプレート５０から浮上している。浮上／着地のときにも可動フレーム４０の側面がアクチュエータ先端に対して上下動するが、このときも球部材２３と小球２７の回転によって、可動フレーム４０とアクチュエータ先端の間には摺動が生じない。
【００２６】
上記したように、第１ステージユニット２は、可動フレーム４０が気体軸受によって浮上しているという特徴と、可動フレーム４０の鉛直側面とアクチュエータ先端が回転自在な球部材によって点接触しているという特徴を有している。これらの２つの特徴によって、第１ステージユニット２は、可動フレーム４０に摺動箇所がない。そのため、可動フレーム４０が動くときに生じる発塵を顕著に抑制することができる。可動フレーム４０周辺の発塵は可動フレーム４０の位置決め精度に悪影響を与えるが、実施例のステージユニット（露光装置１）は発塵を抑制することによって高い位置決め精度を維持することができる。
【００２７】
第１ステージユニット２では、小球群２７がベアリングの機能を果し、球部材２３とこれを遊嵌している窪み２４の表面にも摺動部分が存在しない。また、球部材２３と可動フレーム４０の側面が点接触していることも、摺動を抑制する効果に寄与している。第２ステージユニット８も、第１ステージユニット２と同じ構造を有しており、発塵を抑制することができる。発塵を抑制するという効果は、気体軸受に替えて磁気軸受を採用しても得られる。
【００２８】
露光装置１が備える第１ステージユニット２は、斥力と吸引力を発生する非接触型軸受の採用によって可動フレーム４０の位置が上下方向に変動し難く、かつ、斥力と吸引力の併用に起因する可動フレームの面外変形を抑制するという効果も有する。次に、この点について説明する。
【００２９】
図４に、可動フレーム４０の底面図を示す。前述したように、可動フレーム４０は、中央を照射光が通過するために、枠形状をなしている。可動フレーム４０の枠の底面は、ベースプレート５０の上面に面する。可動フレーム４０の底面の四隅に、軸受４１が設けられている。夫々の軸受４１は、一つの正圧部４２と、その両端に隣接する２つの負圧部４６ａ、４６ｂを有している。正圧部４２は、可動フレーム４０をベースプレート５０の上面から浮上させる斥力を発生し、負圧部４６ａ、４６ｂは、可動フレーム４０をベースプレート５０へ引き付ける吸引力を発生する。正圧部４２は斥力部の一例に相当し、負圧部４６ａ、４６ｂは、吸引部の一例に相当する。斥力と吸引力がバランスする位置で可動フレーム４０は保持される。
【００３０】
図５に、軸受４１の拡大図を示す。なお、図５の下方に、軸受４１が作動してベースプレート５０の上に可動フレーム４０が浮上しているときの圧力プロファイルを示す。図５下方のグラフは、図５の左右方向に沿った正圧部４２と負圧部４６ａ、４６ｂの圧力プロファイルを示す。
【００３１】
正圧部４２は、全体が可動フレーム４０の底面よりも僅かに突出している平面段丘であり、その上面に正圧溝４３が形成されている。正圧溝４３は、図５に示すように、中央で十字にクロスしているとともに、十字の各先端が正圧部の側面に沿って延びている。正圧部４２の略中央において、雰囲気圧よりも高い圧力の空気を正圧溝４３へ供給する噴出孔４４が正圧溝４３内に設けられている。噴出孔４４は、高圧の空気を供給するポンプ（不図示）に通じている。可動フレーム４０がベースプレート５０の上に載った状態で噴出孔４４から高圧空気を噴き出すと、高圧の空気は正圧溝４３から正圧部４２の段丘上面へと拡がり、図５下のグラフの範囲Ｐ３が示すように、正圧部４２は雰囲気圧（大気圧）よりも高い圧力を発生する。正圧部４２が発生する圧力によって、可動フレーム４０が浮上する。
【００３２】
負圧部４６ａと４６ｂは同じ構造を有しているので以下では負圧部４６ａについて説明する。負圧部４６ａは、全体が可動フレーム４０の底面よりも僅かに突出している平面段丘であり、その上面に負圧溝４７が形成されている。負圧部４６ａは、全体が野球のホームベースのような五角形をなしている。負圧部４６ａの矩形側の底辺が正圧部４２に隣接しており、鋭角の頂点が正圧部４２から最も遠くに位置している。別言すれば、負圧部４６ａでは、正圧部４２の中心と負圧部４６ａの中心を結ぶ直線に交差する方向における幅が正圧部４２から離れるにつれて小さくなっている。
【００３３】
負圧溝４７は、負圧部４６ａの輪郭に沿って伸びており、閉じたループを形成している。負圧溝４７では、正圧部４２の中心と負圧部４６ａの中心を結ぶ直線に交差する方向における溝間の幅が、正圧部４２から離れるにつれて小さくなっている。
【００３４】
負圧溝４７の正圧部４２に近い場所に、周囲の空気が吸い込まれる吸気孔４８が設けられている。吸気孔４８は、負圧溝４７から空気を吸い出すバキュームポンプ（不図示）に通じている。可動フレーム４０がベースプレート５０上に浮上している状態で吸気孔４８から周囲の空気が吸い込まれると、図５下のグラフの範囲Ｐ１とＰ２（Ｐ４とＰ５）が示すように、負圧部４６ａ（４６ｂ）の段丘上面全体において圧力が大気圧よりも低くなる。負圧部４６ａ（４６ｂ）が発生する負圧は、可動フレーム４０をベースプレート５０に引き付ける吸引力に相当する。この吸引力は、負圧部４６ａ（４６ｂ）の形状と負圧溝４７の形状に起因して、正圧部４２から離れるにつれて小さくなる。
【００３５】
第１ステージユニット２は、正圧部４２が可動フレーム４０を浮上させる斥力を与えるとともに、負圧部４６ａ、４６ｂが可動フレーム４０をベースプレート５０に引き付ける吸引力を与える。可動フレーム４０は、斥力と吸引力がバランスする位置に保持される。第１ステージユニット２は、軸受４１が斥力とともに吸引力を発生するので、可動フレーム４０の位置が上下方向に変動し難い。
【００３６】
吸引力は、負圧部４６ａ（４６ｂ）の全体に分布する。正圧部４２から離れるにつれて吸引力が小さくなるので、吸引力が一点に集中すると仮定したときの吸引力の中心（吸引力の等価作用点）は正圧部４２に近い。正圧部４２に分布している斥力が一点に集中すると仮定したときの斥力の中心を「斥力の等価作用点」と称する。第１ステージユニット２は、可動フレーム４０に作用する斥力の等価作用点と吸引力の等価作用点が近接しているので、互いに反対方向を向く力に起因して生じる可動フレーム４０の面外変形（上下方向の変形）を抑制することができる。露光装置１のステージユニットは、気体軸受によって浮上する可動フレームの位置が上下方向に変動し難いとともに、気体軸受に起因する可動フレームの面外変形を抑制する。
【００３７】
露光装置の可動フレーム４０は、中央に空間を有する枠形状をしているので面外変形し易い。上記の軸受構造は、中央に空間を有する可動フレーム４０に対して効果的である。
【００３８】
実施例の露光装置１では、高圧の空気によって斥力を発生した。空気以外のガスを用いて斥力を発生してもよい。斥力と吸引力のいずれか一方、あるいは両方を、磁力で発生してもよい。
【００３９】
吸引力を磁力で発生させることもできるが、吸引力の等価作用点を斥力の等価作用点に近づける上記の構造は、負圧による吸引力の場合に特に有効である。これは次の理由による。大気圧は約０．１ＭＰａであるから、負圧による吸引力も０．１ＭＰａ以上にはならない。即ち、負圧で大きな吸引力を発生するには負圧部として相応の面積を確保する必要がある。負圧部の面積が広いほど、負圧の等価作用点を正圧部に近づけることの利点が顕著となる。
【００４０】
上記したように負圧溝４７は、可動フレーム４０下面の平面視において閉じたループを形成している。そして、正圧部４２（斥力部）の中心と負圧部４６ａ（吸引部）の中心を結ぶ直線に交差する方向における溝間の距離が、正圧部４２から離れるにつれて小さくなっている。負圧溝４７が閉ループを形成している場合、ループ内の全領域で圧力が雰囲気圧よりも低下するのでループ内の全領域が吸引部を形成する。そのような構造は、正圧部４２に近づくにつれて負圧溝間の距離が大きくなって吸引力が増す。従ってそのような構造は、吸引力の等価作用点（負圧部４６ａの圧力中心）を正圧部４２に効果的に近づけることができる。
【００４１】
なお、図５下方のグラフの範囲Ｐ２（P４）が示すように、正圧部４２に近い部分では、負圧部４６ａは一定の吸引力を発生してもよい。範囲Ｐ１（P５）が示すように、正圧部４２から離れた部分で、正圧部から離れるにつれて吸引力が小さくなっていればよい。
【００４２】
次に、吸引力の等価作用点を正圧部に近づける他の軸受構造を説明する。図６に、他の構造の軸受１４１の平面図を示す。この例では、円形の正圧部１４２を囲むように負圧部１４６が形成されている。正圧部１４２と負圧部１４６はともに可動フレームの底面よりも突出する平面段丘である。正圧部１４２の上面と負圧部１４６の上面は面一である。正圧部１４２の中心には高圧空気を噴出する噴出孔１４４が設けられている。リング状の負圧部１４６には、負圧部のリング形状に沿って閉じたループ状の負圧溝１４７が形成されている。負圧溝１４７にいくつかの吸気孔１４８が形成されている。この形態では、負圧部１４６が発生する吸引力の等価作用点は、正圧部１４２を囲む円に相当する。従って、この形態も、負圧部が発生する吸引力の等価作用点を正圧部１４２に近づけることができ、斥力と吸引力の併用に起因する可動フレームの面外変形を抑制することができる。
【００４３】
露光装置１はまた、ステージユニット自体の支持構造にも技術的特徴を有している。第１ステージユニット２は、そのベースプレート５０が露光装置１の筐体１０に支持されている。次に、その支持構造について説明する。
【００４４】
図７に、第１ステージユニット２の模式的側面図を示し、図８に第１ステージユニット２の模式的平面図を示す。但し、図８では、第１ステージユニット２はベースプレート５０のみを示し、アクチュエータ２０と可動フレーム４０の図示を省略している。ベースプレート５０の中央には、照射光が通過する孔が設けられている。筐体１０にも、照射光が通過する孔が設けられているが、図ではその孔の図示を省略している。
【００４５】
図７に表されているとおり、露光装置１では、筐体１０にベースプレート５０が支持されており、そのベースプレート５０に対して可動フレーム４０が位置決めされる。
【００４６】
第１ステージユニット２は、筐体１０に設けられた３個の支持部１２ａ、１２ｂ、１２ｃで下方から支持されている。具体的には、第１ステージユニット２のベースプレート５０の下面が、筐体１０から伸びている３個の支持部１２ａ、１２ｂ、及び１２ｃによって支持されている。各支持部の先端には、回転自在な球部材１９が嵌められており、ベースプレート５０の下面は球部材１９と点接触している。球部材１９は、図３に示したアクチュエータ先端の構造と同様の構造によって、支持部１２の先端に回転自在に嵌められている。また、支持部１２は、その下部が筐体１０にねじ込まれている。各支持部１２は、その長手軸回りに回転することによって、先端の高さを調整することができる。
【００４７】
支持部１２の両側には、ばね１３が配置されている。ばね１３は、ベースプレート５０を下方へ引っ張っており、支持部１２の先端へ向けて付勢する。図示を省略しているが、ばね１３は、３個の支持部１２ａ、１２ｂ、及び１２ｃの夫々の近傍に配置されている。支持部１２とばね１３は、ベースプレート５０（即ち第１ステージユニット２）の鉛直方向の位置を規定するが、水平方向の移動を拘束しない。第１ステージユニット２の水平方向位置（鉛直線回りの回転角を含む）は、次に説明するように、３個の水平位置基準部１５ａ、１５ｂ、及び１５ｃによって規定される。
【００４８】
図８に示すように、筐体１０に３箇所の水平位置基準部１５ａ、１５ｂ、及び１５ｃが設けられている。水平位置基準部１５は、筐体１０から上方へ伸びる円柱状の部材である。符号１７は、筐体１０に設けられたばね係止部である。引っ張りばね１６が、各水平位置基準部１５の両側に配置されている。ばね１６の一端はばね係止部１７に連結され、他端はベースプレート５０に連結されている。ばね１６が、ベースプレート５０の側面を各水平位置基準部１５に押し当てている。このようにベースプレート５０の側面が３個の水平位置基準部１５に押し当てられることによって、筐体１０に対するベースプレート５０の相対的な水平位置と鉛直軸回りの回転角が規定される。引っ張りばね１６は、ベースプレート５０を水平位置基準部１５に押し当てる弾性部材の一例に相当する。
【００４９】
３個の水平位置基準部１５の位置関係について説明する。ベースプレート５０は矩形形状であり、第１の水平位置基準部１５ａと第２の水平位置基準部１５ｂが、ベースプレート５０の第１側面５０ａに当接している。第３の水平位置基準部１５ｃは、第１側面５０ａと交差する第２側面５０ｂに当接している。なお、第１側面５０ａと第２側面５０ｂはいずれも水平方向外側を向いている側面である。
【００５０】
ベースプレート５０（即ち第１ステージユニット２）は、筐体１０に設けられた３個の支持部１２によって鉛直方向に支持されているとともに、筐体１０に設けられた３個の水平位置基準部１５に当接することよって水平位置と鉛直線周りの回転角が規定される。この支持構造は、次の利点を与える。第１ステージユニット２は、筐体１０に固定された光学ユニット６（図１参照）に対するレクチルＭの水平位置を調整する。レクチルＭは第１ステージユニット２の可動フレーム４０に固定される。レクチルＭを固定する可動フレーム４０は、ベースプレート５０に対して水平面内で精密に位置決めされる。従って、筐体１０とベースプレート５０の相対的な位置精度が、レクチルＭと光学ユニット６の相対位置決め精度に影響する。実施例の露光装置１では、第１ステージユニット２のベースプレート５０を下方から支持する支持部１２とは別個に、ベースプレート５０の水平方向位置を規定する水平位置基準部１５が筐体１０に設けられている。この露光装置１は、水平位置基準部１５の位置を正確に調整することによって、ベースプレート５０の水平面内の正確な位置と鉛直軸回りの正確な角度を定めることができる。また、露光装置１は、各支持部１２の先端の高さを調整することによって、ベースプレート５０の上面の筐体１０に対する水平度を調整することができる。即ち、露光装置１は、筐体１０に対するベースプレート５０の上面の水平度と水平方向の位置を別々に調整することができる。
【００５１】
また、３個の水平位置基準１５の配置は、ベースプレート５０が熱膨張に起因する面外変形を抑制する。熱膨張は、例えば、照射光の熱によって生じる。露光装置１では、ベースプレート５０の第１側面５０ａに２個の水平位置基準部１５ａ、１５ｂが当接し、第１側面５０ａと交差する位置関係にある第２側面５０ｂに第３の水平位置基準部１５ｃが当接している。ベースプレート５０と各水平位置基準部１５との接触は、各水平位置基準部１５の近傍に配置された引っ張りばね１６によって維持される。仮に、ベースプレート５０を図８の左下方向に強く引っ張るとベースプレート５０は動く。このことからも理解されるように、３個の水平位置基準部１５の上記配置は、ベースプレート５０が熱膨張したとき、第１と第２の側面以外の側面が外側へ移動することを許容する。別言すれば、上記配置は、ベースプレート５０の水平方向の膨張を許容する。このことにより、上記配置は、ベースプレート５０の熱膨張がベースプレート５０の上面の面外変形に与える影響を低減することができる。仮にベースプレート５０が水平方向の移動を拘束されている場合、膨張による応力が面外変形を引き起こす。実施例の露光装置１では膨張が許容されることによって応力の発生が抑制され、その結果面外変形が抑制される。ステージ装置では、ベースプレート上面の平坦度が可動フレームの位置決め精度に影響する。本実施例の露光装置１は、熱膨張によるベースプレートの面外変形が生じ難いので、可動フレームの位置決め精度を維持することができる。ベースプレートが収縮する場合も同様に、露光装置１は、可動フレームの位置決め精度を維持することができる。また、露光装置１では、第２ステージユニット８も同様の構造により筐体１０に支持されており、第１ステージユニット２と同様の作用効果を有する。
【００５２】
露光装置１の変形例を説明する。
（１）ステージユニットのアクチュエータ先端の球部材２３は、可動フレーム４０の側面面に嵌め込まれていてもよい。即ち、ステージユニットは、球部材２３が可動フレーム４０の側面に設けられた窪みに遊嵌しており、球部材２３が平坦なアクチュエータ先端と点接触する構造を有していてもよい。
（２）ステージユニットのベースプレートは、矩形でなく多角形でよい。その場合、２個の水平位置基準部がベースプレートの第１側面に当接しており、他の一つの水平位置基準部が第１側面と交差する位置関係の第２側面に当接していればよい。そのような水平位置基準部の配置は、ベースプレートの膨張を拘束することがなく、膨張に伴うベースプレートの面外変形を抑制する。
【００５３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５４】
１：露光装置（ステージ装置）
２：第１ステージユニット
４：光源
６：光学ユニット
８：第２ステージユニット
１０：筐体
１２：支持部
１５：水平位置基準部
２０：アクチュエータ
２３：球部材
２４：窪み
２７：小球
４０：可動フレーム
４１、１４１：軸受
４２：正圧部（斥力部）
４３：正圧溝
４４：噴出孔
４６ａ、４６ｂ：負圧部（吸引部）
４７：負圧溝
５０：ベースプレート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベースプレート上の可動フレームを水平面内で位置決めするステージ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステージ装置は、ベースプレート上の可動フレームを水平面内で移動／回転させるアクチュエータを備える。「ベースプレート」は、可動フレームを載置する平坦精度の高い上面を有しており、「定盤」と呼ばれることもある。可動フレームの水平面内位置と鉛直軸回り角度の３自由度を制御するために、ステージ装置は少なくとも３個のアクチュエータを備えている。
【０００３】
高い位置決め精度が要求されるステージ装置の応用として半導体露光装置がある（例えば特許文献１）。以下では、「半導体露光装置」を単に「露光装置」と称する。露光装置は、半導体ウエハを位置決めするウエハ用ステージユニット、ウエハに照射する照射光のパターンを規定するレクチルを位置決めするレクチル用ステージユニットを備える。レクチル用ステージユニットのベースプレートと可動フレームは、枠形状を有しており、可動フレームに固定されたレクチルを照射光が通過できるようになっている。レクチル用ステージユニットとウエハ用ステージユニットの間には、レクチルを通過した照射光を集光するためのレンズなどを含む光学ユニットが配置されている。レクチル用ステージユニット、光学ユニット、ウエハ用ステージユニットがこの順で配置されている。レクチルを通過した照射光は、光学ユニットを通して調整され、半導体ウエハ上の所定の位置に正確に照射される。半導体装置の微細化に伴い、露光装置等に適用されるステージ装置の位置決め精度の向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３１８０３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ステージ装置の位置決め精度の向上を妨げる要因の一つに発塵がある。発明者の検討によれば、発塵の主な要因は、ベースプレートと可動フレームの間の摺動、及び、可動フレームを移動・位置決めするためのアクチュエータと可動フレームの接触摺動であることが判明した。本発明は、発塵を抑制したステージ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する新規なステージ装置は、ベースプレートと可動フレームの間の摺動を回避するために、可動フレームを非接触軸受で浮上させる。非接触軸受を採用すると、可動フレームの浮上／着地に伴って可動フレームが上下方向に微動する。可動フレームの上下動を許容するために、このステージ装置は、先端が可動フレームの側面に当接する伸縮ロッドを有するアクチュエータを少なくとも３個備える。このステージ装置は、ロッドの伸展長さを調整することによって可動ステージの水平位置と鉛直軸回り角度を規定する。なお、非接触軸受には、磁気軸受と気体軸受がある。なお、以下では、可動ステージの水平位置と鉛直軸回り角度を調整することを「可動ステージを位置決めする」と称する場合がある。
【０００７】
可動フレームを移動させるアクチュエータは、その先端が可動フレームの側面に当接しているので、可動フレームの上下動に伴ってアクチュエータの先端が可動フレームの側面を上下方向に摺動する。また、可動フレームの水平面内の回転に伴い、アクチュエータの先端は可動フレームの側面を水平方向にも摺動する。即ち、非接触軸受と上記のアクチュエータの採用にともない、アクチュエータの先端が可動フレームの側面に対して２次元的に摺動する。
【０００８】
本明細書が開示するステージ装置は、アクチュエータ先端と可動フレームの間の摺動を低減するために、アクチュエータの先端と可動フレーム側面の接触部に回転自在な球部材を採用する。このステージ装置は、非接触軸受によってベースプレートと可動フレームの間の摺動をなくすとともに、回転自在な球部材がアクチュエータ先端と可動フレーム側面の摺動を抑制する。このステージ装置は、可動フレームが動く際に摺動する部分が少ないので、発塵を抑制する。即ちこのステージ装置は、非接触軸受と球部材接触のアクチュエータの採用によって発塵を顕著に抑制することができる。
【０００９】
具体的には、本明細書が開示するステージ装置は、平らな上面を有するベースプレートと、非接触軸受によってベースプレート上面の上に浮上する可動フレームと、アクチュエータを備えている。アクチュエータは、その先端が可動フレームの側面に当接しており、可動フレームを水平面内で位置決めする。そして、アクチュエータの先端と可動フレーム側面が、回転自在な球部材を介して当接している。ここでいう可動フレーム側面とは、平面が水平方向に面している可動フレーム側面を意味する。
【００１０】
球部材は、アクチュータの先端に支持されていてよいし、可動フレームの側面に支持されていてもよい。より具体的には、アクチュエータの先端と可動フレーム側面のいずれか一方に、球部材が遊嵌する窪みが設けられており、球部材と窪みの表面との間に、球部材よりも小径の複数の小球が回転自在に配置されているとよい。小球群がいわゆるベアリングとして機能し、球部材の回転を円滑にする。
【００１１】
さらには、アクチュエータの先端と可動フレーム側面の他方が平面であり、その平面と球部材が点接触していることが好適である。即ち、アクチュエータの先端と可動フレーム側面の一方に小球群を介して球部材が遊嵌する窪みが設けられており、他方が平面で球部材と点接触していることが好ましい。そのような構成を有するステージ装置は、アクチュエータ先端の可動フレーム側面に沿った２次元的な動きに対して球部材が追従して円滑に回転するので、アクチュエータ先端と可動フレーム側面の間の摺動を抑制し、発塵を顕著に低減することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、可動フレームの動きに伴う発塵を抑制したステージ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】露光装置の模式的側面図を示す。
【図２】ステージユニットの模式的平面図示す。
【図３】図２の破線で囲んだ部分の拡大断面図を示す。
【図４】可動フレームの底面図を示す。
【図５】可動フレームの軸受部の拡大図を示す。
【図６】他の形態の気体軸受の模式的平面図を示す。
【図７】ステージユニットの鉛直方向の支持構造を説明する図である。
【図８】ステージユニットの水平方向の支持構造を説明する図である。
【実施例】
【００１４】
実施例では、ステージ装置の一典型例として、半導体ウエハの露光装置１を説明する。図１に露光装置１の模式的側面図を示す。露光装置１は、２個のステージユニット（第１ステージユニット２、第２ステージユニット８）、光源４、及び、光学ユニット６を備える。光源４と光学ユニット６は、露光装置１の筐体１０に固定されている。第１ステージユニット２は、レクチルＭを位置決めするためのユニットであり、第２ステージユニット８は、半導体ウエハＷを位置決めするためのユニットである。
【００１５】
第１ステージユニット２は、ベースプレート５０、可動フレーム４０、アクチュエータ２０を備えており、可動フレーム４０にレクチルMが固定されている。アクチュエータ２０が可動フレーム４０を動かしてレクチルＭの水平位置を調整する。第１ステージユニット２は、筐体１０に設けられた支持部１２と水平位置基準部１５によって支持されている。第２ステージユニット８は、第１ステージユニット２と同じ構造を有しており、その可動フレーム９に半導体ウエハＷが固定されている。なお、アクチュエータ２０、支持部１２、水平位置基準部１５の詳細な構造については後述する。
【００１６】
露光装置１の機能を説明する。光源４から発射された光Ｌは、レクチルＭを通過することによって所望の照射パターンに成形される。レクチルＭ通過後の照射光は、光学ユニット６を通過することによって照射パターンが縮小され、半導体ウエハＷに照射される。半導体ウエハＷの所定の位置に正確に照射パターンを照射するため、第１ステージユニット２がレクチルＭの水平位置を調整し、第２ステージユニット８が半導体ウエハＷの水平位置を調整する。半導体装置の高度化に伴い、露光装置には、照射パターンを高精度に半導体ウエハＷの所定位置へ照射する能力が求められている。
【００１７】
露光装置１の技術的特徴のいくつかは、ステージユニットの構造に備えられている。以下、第１ステージユニット２の構造を説明する。なお、第２ステージユニット８も同じ構造を有しているので、第２ステージユニット８については説明を省略する。
【００１８】
図２に第１ステージユニット２の平面図を示す。なお、図２では、レクチルＭの図示を省略するとともに、第１ステージユニット２のベースプレート５０を支持する筐体１０の支持部１２と水平位置基準部１５の図示を省略している。
【００１９】
可動フレーム４０は、上面が平面のベースプレート５０の上面に気体軸受（エアベアリング）によって浮上する。気体軸受の構造については後述する。レクチルＭを通過した照射光が通過できるように、可動フレーム４０は矩形の枠型である。なお、ベースプレート５０にも矩形の貫通孔が設けられているが、図２ではその図示を省略している。
【００２０】
ベースプレート５０には３個のアクチュエータ２０ａ、２０ｂ、及び２０ｃが配置されており、それらのアクチュエータ群が可動フレーム４０の水平方向位置と鉛直軸回りの角度を調整する。各アクチュエータは、伸縮ロッド２１の先端が可動フレーム４０の側面に当接している。「可動フレーム４０の側面」とは、水平方向を向いている面を意味する。３個のアクチュエータの伸縮ロッドを夫々適宜に伸縮することによって、可動フレーム４０の水平方向位置と鉛直軸回りの角度が調整される。
【００２１】
より具体的には、第１アクチュエータ２０ａの先端と第２アクチュエータ２０ｂの先端が可動フレーム４０の第１側面４０ａに当接し、第３アクチュエータ２０ｃの先端が第２側面４０ｂに当接している。アクチュエータの先端には回転自在な球部材２３が取り付けられており、球部材２３を介してアクチュエータ先端と可動フレーム側面が当接している。３個のアクチュエータは同じ構造を有しているので、以下では第１アクチュエータ２０ａについてその構造を詳細に説明する。
【００２２】
伸縮ロッド２１の両側にばね２２が配置されている。ばね２２は、第１アクチュエータ２０ａと可動フレーム４０を連結しており、可動フレーム４０を第１アクチュエータ２０ａの先端に向けて付勢している。即ち、第１ステージユニット２は、ばね２２の付勢力によってアクチュエータの先端と可動フレーム４０との接触を維持する。ばね２２は、可動フレーム４０をアクチュエータ先端に押し当てる弾性部材の一例に相当する。
【００２３】
図３に、アクチュエータ先端部の拡大断面図を示す。図３は、図２において破線で囲った部分の拡大断面図に相当する。図面を見やすくするため図３では、球部材２３と小球２７には、断面を示すハッチングを省略している。伸縮ロッド２１の先端には、半球状の窪み２４が設けられている。窪み２４に球部材２３が遊嵌している。球部材２３が窪みから飛び出すことを防止するために、リテーナ２５が取り付けられている。球部材２３の一部が、リテーナ２５の孔から外側へ突出している。
【００２４】
窪み２４の表面と球部材２３の間には、半球シェル状のスペーサ２６とともに、３個の小球２７が配置されている。スペーサ２６には３個の孔が等間隔に設けられており、各小球２７が各孔に嵌っている。スペーサ２６は、３個の小球２７の相対位置を維持する。
【００２５】
球部材２３は、リテーナ２５から飛び出している部分で可動フレーム４０の平坦な側面４０ａに点接触している。アクチュエータ２０ａを駆動すると、即ち、ロッド２１を伸縮すると、可動フレーム４０がアクチュエータの先端に対して相対的に動く。側面４０ａの動きに合わせて球部材２３と小球２７が回転するので、可動フレーム４０とアクチュエータ先端の間で摺動が生じない。また、前述したように可動フレーム４０は気体軸受によってベースプレート５０から浮上している。浮上／着地のときにも可動フレーム４０の側面がアクチュエータ先端に対して上下動するが、このときも球部材２３と小球２７の回転によって、可動フレーム４０とアクチュエータ先端の間には摺動が生じない。
【００２６】
上記したように、第１ステージユニット２は、可動フレーム４０が気体軸受によって浮上しているという特徴と、可動フレーム４０の鉛直側面とアクチュエータ先端が回転自在な球部材によって点接触しているという特徴を有している。これらの２つの特徴によって、第１ステージユニット２は、可動フレーム４０に摺動箇所がない。そのため、可動フレーム４０が動くときに生じる発塵を顕著に抑制することができる。可動フレーム４０周辺の発塵は可動フレーム４０の位置決め精度に悪影響を与えるが、実施例のステージユニット（露光装置１）は発塵を抑制することによって高い位置決め精度を維持することができる。
【００２７】
第１ステージユニット２では、小球群２７がベアリングの機能を果し、球部材２３とこれを遊嵌している窪み２４の表面にも摺動部分が存在しない。また、球部材２３と可動フレーム４０の側面が点接触していることも、摺動を抑制する効果に寄与している。第２ステージユニット８も、第１ステージユニット２と同じ構造を有しており、発塵を抑制することができる。発塵を抑制するという効果は、気体軸受に替えて磁気軸受を採用しても得られる。
【００２８】
露光装置１が備える第１ステージユニット２は、斥力と吸引力を発生する非接触型軸受の採用によって可動フレーム４０の位置が上下方向に変動し難く、かつ、斥力と吸引力の併用に起因する可動フレームの面外変形を抑制するという効果も有する。次に、この点について説明する。
【００２９】
図４に、可動フレーム４０の底面図を示す。前述したように、可動フレーム４０は、中央を照射光が通過するために、枠形状をなしている。可動フレーム４０の枠の底面は、ベースプレート５０の上面に面する。可動フレーム４０の底面の四隅に、軸受４１が設けられている。夫々の軸受４１は、一つの正圧部４２と、その両端に隣接する２つの負圧部４６ａ、４６ｂを有している。正圧部４２は、可動フレーム４０をベースプレート５０の上面から浮上させる斥力を発生し、負圧部４６ａ、４６ｂは、可動フレーム４０をベースプレート５０へ引き付ける吸引力を発生する。正圧部４２は斥力部の一例に相当し、負圧部４６ａ、４６ｂは、吸引部の一例に相当する。斥力と吸引力がバランスする位置で可動フレーム４０は保持される。
【００３０】
図５に、軸受４１の拡大図を示す。なお、図５の下方に、軸受４１が作動してベースプレート５０の上に可動フレーム４０が浮上しているときの圧力プロファイルを示す。図５下方のグラフは、図５の左右方向に沿った正圧部４２と負圧部４６ａ、４６ｂの圧力プロファイルを示す。
【００３１】
正圧部４２は、全体が可動フレーム４０の底面よりも僅かに突出している平面段丘であり、その上面に正圧溝４３が形成されている。正圧溝４３は、図５に示すように、中央で十字にクロスしているとともに、十字の各先端が正圧部の側面に沿って延びている。正圧部４２の略中央において、雰囲気圧よりも高い圧力の空気を正圧溝４３へ供給する噴出孔４４が正圧溝４３内に設けられている。噴出孔４４は、高圧の空気を供給するポンプ（不図示）に通じている。可動フレーム４０がベースプレート５０の上に載った状態で噴出孔４４から高圧空気を噴き出すと、高圧の空気は正圧溝４３から正圧部４２の段丘上面へと拡がり、図５下のグラフの範囲Ｐ３が示すように、正圧部４２は雰囲気圧（大気圧）よりも高い圧力を発生する。正圧部４２が発生する圧力によって、可動フレーム４０が浮上する。
【００３２】
負圧部４６ａと４６ｂは同じ構造を有しているので以下では負圧部４６ａについて説明する。負圧部４６ａは、全体が可動フレーム４０の底面よりも僅かに突出している平面段丘であり、その上面に負圧溝４７が形成されている。負圧部４６ａは、全体が野球のホームベースのような五角形をなしている。負圧部４６ａの矩形側の底辺が正圧部４２に隣接しており、鋭角の頂点が正圧部４２から最も遠くに位置している。別言すれば、負圧部４６ａでは、正圧部４２の中心と負圧部４６ａの中心を結ぶ直線に交差する方向における幅が正圧部４２から離れるにつれて小さくなっている。
【００３３】
負圧溝４７は、負圧部４６ａの輪郭に沿って伸びており、閉じたループを形成している。負圧溝４７では、正圧部４２の中心と負圧部４６ａの中心を結ぶ直線に交差する方向における溝間の幅が、正圧部４２から離れるにつれて小さくなっている。
【００３４】
負圧溝４７の正圧部４２に近い場所に、周囲の空気が吸い込まれる吸気孔４８が設けられている。吸気孔４８は、負圧溝４７から空気を吸い出すバキュームポンプ（不図示）に通じている。可動フレーム４０がベースプレート５０上に浮上している状態で吸気孔４８から周囲の空気が吸い込まれると、図５下のグラフの範囲Ｐ１とＰ２（Ｐ４とＰ５）が示すように、負圧部４６ａ（４６ｂ）の段丘上面全体において圧力が大気圧よりも低くなる。負圧部４６ａ（４６ｂ）が発生する負圧は、可動フレーム４０をベースプレート５０に引き付ける吸引力に相当する。この吸引力は、負圧部４６ａ（４６ｂ）の形状と負圧溝４７の形状に起因して、正圧部４２から離れるにつれて小さくなる。
【００３５】
第１ステージユニット２は、正圧部４２が可動フレーム４０を浮上させる斥力を与えるとともに、負圧部４６ａ、４６ｂが可動フレーム４０をベースプレート５０に引き付ける吸引力を与える。可動フレーム４０は、斥力と吸引力がバランスする位置に保持される。第１ステージユニット２は、軸受４１が斥力とともに吸引力を発生するので、可動フレーム４０の位置が上下方向に変動し難い。
【００３６】
吸引力は、負圧部４６ａ（４６ｂ）の全体に分布する。正圧部４２から離れるにつれて吸引力が小さくなるので、吸引力が一点に集中すると仮定したときの吸引力の中心（吸引力の等価作用点）は正圧部４２に近い。正圧部４２に分布している斥力が一点に集中すると仮定したときの斥力の中心を「斥力の等価作用点」と称する。第１ステージユニット２は、可動フレーム４０に作用する斥力の等価作用点と吸引力の等価作用点が近接しているので、互いに反対方向を向く力に起因して生じる可動フレーム４０の面外変形（上下方向の変形）を抑制することができる。露光装置１のステージユニットは、気体軸受によって浮上する可動フレームの位置が上下方向に変動し難いとともに、気体軸受に起因する可動フレームの面外変形を抑制する。
【００３７】
露光装置の可動フレーム４０は、中央に空間を有する枠形状をしているので面外変形し易い。上記の軸受構造は、中央に空間を有する可動フレーム４０に対して効果的である。
【００３８】
実施例の露光装置１では、高圧の空気によって斥力を発生した。空気以外のガスを用いて斥力を発生してもよい。斥力と吸引力のいずれか一方、あるいは両方を、磁力で発生してもよい。
【００３９】
吸引力を磁力で発生させることもできるが、吸引力の等価作用点を斥力の等価作用点に近づける上記の構造は、負圧による吸引力の場合に特に有効である。これは次の理由による。大気圧は約０．１ＭＰａであるから、負圧による吸引力も０．１ＭＰａ以上にはならない。即ち、負圧で大きな吸引力を発生するには負圧部として相応の面積を確保する必要がある。負圧部の面積が広いほど、負圧の等価作用点を正圧部に近づけることの利点が顕著となる。
【００４０】
上記したように負圧溝４７は、可動フレーム４０下面の平面視において閉じたループを形成している。そして、正圧部４２（斥力部）の中心と負圧部４６ａ（吸引部）の中心を結ぶ直線に交差する方向における溝間の距離が、正圧部４２から離れるにつれて小さくなっている。負圧溝４７が閉ループを形成している場合、ループ内の全領域で圧力が雰囲気圧よりも低下するのでループ内の全領域が吸引部を形成する。そのような構造は、正圧部４２に近づくにつれて負圧溝間の距離が大きくなって吸引力が増す。従ってそのような構造は、吸引力の等価作用点（負圧部４６ａの圧力中心）を正圧部４２に効果的に近づけることができる。
【００４１】
なお、図５下方のグラフの範囲Ｐ２（P４）が示すように、正圧部４２に近い部分では、負圧部４６ａは一定の吸引力を発生してもよい。範囲Ｐ１（P５）が示すように、正圧部４２から離れた部分で、正圧部から離れるにつれて吸引力が小さくなっていればよい。
【００４２】
次に、吸引力の等価作用点を正圧部に近づける他の軸受構造を説明する。図６に、他の構造の軸受１４１の平面図を示す。この例では、円形の正圧部１４２を囲むように負圧部１４６が形成されている。正圧部１４２と負圧部１４６はともに可動フレームの底面よりも突出する平面段丘である。正圧部１４２の上面と負圧部１４６の上面は面一である。正圧部１４２の中心には高圧空気を噴出する噴出孔１４４が設けられている。リング状の負圧部１４６には、負圧部のリング形状に沿って閉じたループ状の負圧溝１４７が形成されている。負圧溝１４７にいくつかの吸気孔１４８が形成されている。この形態では、負圧部１４６が発生する吸引力の等価作用点は、正圧部１４２を囲む円に相当する。従って、この形態も、負圧部が発生する吸引力の等価作用点を正圧部１４２に近づけることができ、斥力と吸引力の併用に起因する可動フレームの面外変形を抑制することができる。
【００４３】
露光装置１はまた、ステージユニット自体の支持構造にも技術的特徴を有している。第１ステージユニット２は、そのベースプレート５０が露光装置１の筐体１０に支持されている。次に、その支持構造について説明する。
【００４４】
図７に、第１ステージユニット２の模式的側面図を示し、図８に第１ステージユニット２の模式的平面図を示す。但し、図８では、第１ステージユニット２はベースプレート５０のみを示し、アクチュエータ２０と可動フレーム４０の図示を省略している。ベースプレート５０の中央には、照射光が通過する孔が設けられている。筐体１０にも、照射光が通過する孔が設けられているが、図ではその孔の図示を省略している。
【００４５】
図７に表されているとおり、露光装置１では、筐体１０にベースプレート５０が支持されており、そのベースプレート５０に対して可動フレーム４０が位置決めされる。
【００４６】
第１ステージユニット２は、筐体１０に設けられた３個の支持部１２ａ、１２ｂ、１２ｃで下方から支持されている。具体的には、第１ステージユニット２のベースプレート５０の下面が、筐体１０から伸びている３個の支持部１２ａ、１２ｂ、及び１２ｃによって支持されている。各支持部の先端には、回転自在な球部材１９が嵌められており、ベースプレート５０の下面は球部材１９と点接触している。球部材１９は、図３に示したアクチュエータ先端の構造と同様の構造によって、支持部１２の先端に回転自在に嵌められている。また、支持部１２は、その下部が筐体１０にねじ込まれている。各支持部１２は、その長手軸回りに回転することによって、先端の高さを調整することができる。
【００４７】
支持部１２の両側には、ばね１３が配置されている。ばね１３は、ベースプレート５０を下方へ引っ張っており、支持部１２の先端へ向けて付勢する。図示を省略しているが、ばね１３は、３個の支持部１２ａ、１２ｂ、及び１２ｃの夫々の近傍に配置されている。支持部１２とばね１３は、ベースプレート５０（即ち第１ステージユニット２）の鉛直方向の位置を規定するが、水平方向の移動を拘束しない。第１ステージユニット２の水平方向位置（鉛直線回りの回転角を含む）は、次に説明するように、３個の水平位置基準部１５ａ、１５ｂ、及び１５ｃによって規定される。
【００４８】
図８に示すように、筐体１０に３箇所の水平位置基準部１５ａ、１５ｂ、及び１５ｃが設けられている。水平位置基準部１５は、筐体１０から上方へ伸びる円柱状の部材である。符号１７は、筐体１０に設けられたばね係止部である。引っ張りばね１６が、各水平位置基準部１５の両側に配置されている。ばね１６の一端はばね係止部１７に連結され、他端はベースプレート５０に連結されている。ばね１６が、ベースプレート５０の側面を各水平位置基準部１５に押し当てている。このようにベースプレート５０の側面が３個の水平位置基準部１５に押し当てられることによって、筐体１０に対するベースプレート５０の相対的な水平位置と鉛直軸回りの回転角が規定される。引っ張りばね１６は、ベースプレート５０を水平位置基準部１５に押し当てる弾性部材の一例に相当する。
【００４９】
３個の水平位置基準部１５の位置関係について説明する。ベースプレート５０は矩形形状であり、第１の水平位置基準部１５ａと第２の水平位置基準部１５ｂが、ベースプレート５０の第１側面５０ａに当接している。第３の水平位置基準部１５ｃは、第１側面５０ａと交差する第２側面５０ｂに当接している。なお、第１側面５０ａと第２側面５０ｂはいずれも水平方向外側を向いている側面である。
【００５０】
ベースプレート５０（即ち第１ステージユニット２）は、筐体１０に設けられた３個の支持部１２によって鉛直方向に支持されているとともに、筐体１０に設けられた３個の水平位置基準部１５に当接することよって水平位置と鉛直線周りの回転角が規定される。この支持構造は、次の利点を与える。第１ステージユニット２は、筐体１０に固定された光学ユニット６（図１参照）に対するレクチルＭの水平位置を調整する。レクチルＭは第１ステージユニット２の可動フレーム４０に固定される。レクチルＭを固定する可動フレーム４０は、ベースプレート５０に対して水平面内で精密に位置決めされる。従って、筐体１０とベースプレート５０の相対的な位置精度が、レクチルＭと光学ユニット６の相対位置決め精度に影響する。実施例の露光装置１では、第１ステージユニット２のベースプレート５０を下方から支持する支持部１２とは別個に、ベースプレート５０の水平方向位置を規定する水平位置基準部１５が筐体１０に設けられている。この露光装置１は、水平位置基準部１５の位置を正確に調整することによって、ベースプレート５０の水平面内の正確な位置と鉛直軸回りの正確な角度を定めることができる。また、露光装置１は、各支持部１２の先端の高さを調整することによって、ベースプレート５０の上面の筐体１０に対する水平度を調整することができる。即ち、露光装置１は、筐体１０に対するベースプレート５０の上面の水平度と水平方向の位置を別々に調整することができる。
【００５１】
また、３個の水平位置基準１５の配置は、ベースプレート５０が熱膨張に起因する面外変形を抑制する。熱膨張は、例えば、照射光の熱によって生じる。露光装置１では、ベースプレート５０の第１側面５０ａに２個の水平位置基準部１５ａ、１５ｂが当接し、第１側面５０ａと交差する位置関係にある第２側面５０ｂに第３の水平位置基準部１５ｃが当接している。ベースプレート５０と各水平位置基準部１５との接触は、各水平位置基準部１５の近傍に配置された引っ張りばね１６によって維持される。仮に、ベースプレート５０を図８の左下方向に強く引っ張るとベースプレート５０は動く。このことからも理解されるように、３個の水平位置基準部１５の上記配置は、ベースプレート５０が熱膨張したとき、第１と第２の側面以外の側面が外側へ移動することを許容する。別言すれば、上記配置は、ベースプレート５０の水平方向の膨張を許容する。このことにより、上記配置は、ベースプレート５０の熱膨張がベースプレート５０の上面の面外変形に与える影響を低減することができる。仮にベースプレート５０が水平方向の移動を拘束されている場合、膨張による応力が面外変形を引き起こす。実施例の露光装置１では膨張が許容されることによって応力の発生が抑制され、その結果面外変形が抑制される。ステージ装置では、ベースプレート上面の平坦度が可動フレームの位置決め精度に影響する。本実施例の露光装置１は、熱膨張によるベースプレートの面外変形が生じ難いので、可動フレームの位置決め精度を維持することができる。ベースプレートが収縮する場合も同様に、露光装置１は、可動フレームの位置決め精度を維持することができる。また、露光装置１では、第２ステージユニット８も同様の構造により筐体１０に支持されており、第１ステージユニット２と同様の作用効果を有する。
【００５２】
露光装置１の変形例を説明する。
（１）ステージユニットのアクチュエータ先端の球部材２３は、可動フレーム４０の側面面に嵌め込まれていてもよい。即ち、ステージユニットは、球部材２３が可動フレーム４０の側面に設けられた窪みに遊嵌しており、球部材２３が平坦なアクチュエータ先端と点接触する構造を有していてもよい。
（２）ステージユニットのベースプレートは、矩形でなく多角形でよい。その場合、２個の水平位置基準部がベースプレートの第１側面に当接しており、他の一つの水平位置基準部が第１側面と交差する位置関係の第２側面に当接していればよい。そのような水平位置基準部の配置は、ベースプレートの膨張を拘束することがなく、膨張に伴うベースプレートの面外変形を抑制する。
【００５３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５４】
１：露光装置（ステージ装置）
２：第１ステージユニット
４：光源
６：光学ユニット
８：第２ステージユニット
１０：筐体
１２：支持部
１５：水平位置基準部
２０：アクチュエータ
２３：球部材
２４：窪み
２７：小球
４０：可動フレーム
４１、１４１：軸受
４２：正圧部（斥力部）
４３：正圧溝
４４：噴出孔
４６ａ、４６ｂ：負圧部（吸引部）
４７：負圧溝
５０：ベースプレート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平らな上面を有するベースプレートと、
非接触軸受によってベースプレート上面の上に浮上する可動フレームと、
先端が可動フレームの側面に当接しており、可動フレームを水平面内で位置決めするアクチュエータと、を備えており、
アクチュエータの先端と可動フレーム側面が、回転自在な球部材を介して当接していることを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
アクチュエータの先端と可動フレーム側面のいずれか一方に、球部材が遊嵌する窪みが設けられており、球部材と窪みの表面との間に、球部材よりも小径の複数の小球が回転自在に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項３】
アクチュエータの先端と可動フレーム側面の他方が平面であり、その平面と球部材が点接触してい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１】
平らな上面を有するベースプレートと、
非接触軸受によってベースプレート上面の上に浮上する可動フレームと、
先端が可動フレームの側面に当接しており、可動フレームを水平面内で位置決めするアクチュエータと、を備えており、
アクチュエータの先端と可動フレーム側面が、回転自在な球部材を介して当接していることを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
アクチュエータの先端と可動フレーム側面のいずれか一方に、球部材が遊嵌する窪みが設けられており、球部材と窪みの表面との間に、球部材よりも小径の複数の小球が回転自在に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項３】
アクチュエータの先端と可動フレーム側面の他方が平面であり、その平面と球部材が点接触していることを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−４４４６７（Ｐ２０１１−４４４６７Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９００４５（Ｐ２００９−１９００４５）
【出願日】平成２１年８月１９日（２００９．８．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１９日（２００９．８．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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