(57)【要約】本発明のステージ装置は、移動面を有するベース２２に移動可能に支持されたステージ本体１Ａと、固定子６５およびステージ本体１Ａに設けられた可動子６４Ａを有しステージ本体１Ａを駆動する第１駆動装置６１Ａとを備える。固定子６５は支持部７に設けられ、この支持部７はベース２２から独立して設けられている。解除装置４５は、前記移動面とほぼ直交する第１方向におけるベース２２と支持部７との相対変位に応じて、ベース２２に対する支持部７の独立状態を解除する。
2003063212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージ装置であって、
移動面を有するベースに移動可能に支持されたステージ本体、
固定子および前記ステージ本体に設けられた可動子を有し前記ステージ本体を駆動する第１駆動装置、
前記固定子が設けられるとともに、前記ベースとは独立して設けられた支持部、および
前記移動面とほぼ直交する第１方向の前記ベースと前記支持部との相対変位に応じて、前記ベースに対する前記支持部の独立状態を解除する解除装置を有する。
【請求項２】
請求項１記載のステージ装置であって、
前記解除装置は、前記ベースに設けられた第１部材と、前記支持部に設けられた第２部材とを有する。
【請求項３】
請求項２記載のステージ装置であって、
前記第１部材と前記第２部材とは、前記支持部が前記ベースから独立している際には非接触であり、前記独立状態を解除する際には接触する。
【請求項４】
請求項２記載のステージ装置であって、
前記第１部材と前記第２部材とのいずれか一方は、前記第１方向と直交する方向に沿って複数設けられている。
【請求項５】
請求項１記載のステージ装置であって、
前記支持部の自重を支える弾性部材を有する。
【請求項６】
請求項５記載のステージ装置であって、
前記弾性部材は、少なくとも三角形の頂点を成す３点で前記支持部を支持する。
【請求項７】
請求項１記載のステージ装置であって、
前記ベースを前記第１方向に駆動する第２駆動装置を有する。
【請求項８】
請求項１記載のステージ装置であって、
前記支持部を前記第１方向に駆動する第３駆動装置を有する。
【請求項９】
請求項８記載のステージ装置であって、
前記固定子を前記支持部に対して移動可能に支持する支持機構を有する。
【請求項１０】
請求項９記載のステージ装置であって、
前記固定子は、前記ステージ本体の移動による反力により移動し、
前記固定子の移動に伴う前記支持部の重心の移動を補正するように前記第３駆動装置を制御する制御装置を有する。
【請求項１１】
請求項８記載のステージ装置であって、
前記第３駆動装置は、駆動停止時に前記支持部と移動自在に接続される。
【請求項１２】
マスクステージに保持されたマスクのパターンを基板ステージに保持された基板に露光する露光装置であって、
前記マスクステージと前記基板ステージとの少なくとも一方のステージとして、請求項１記載のステージ装置を有する。
【請求項１３】
第１基板ステージに保持された第１基板にパターンを露光する露光装置であって、
前記第１基板ステージに接続された可動子と、固定子とを備え、前記第１基板ステージを駆動する第１駆動装置、
前記第１基板ステージが移動する移動面を有した第１定盤、
前記固定子が設けられるとともに、前記第１定盤とは独立して設けられた第２定盤、
前記第１定盤を前記移動面とほぼ直交する第１方向に駆動する第２駆動装置、および
前記第２定盤を前記第１方向に駆動する第３駆動装置を備える。
【請求項１４】
請求項１３記載の露光装置であって、
前記固定子を前記第２定盤に対して移動可能に支持する支持機構を備える。
【請求項１５】
請求項１４記載の露光装置であって、
前記第１基板ステージの移動に伴う前記第１定盤の重心の変化を補正するように前記第２駆動装置を制御するとともに、前記第１基板ステージの移動に応じた前記固定子Ｑ移動に伴う前記第２定盤の重心の変化を補正するように前記第３駆動装置を制御する制御装置を備える。
【請求項１６】
請求項１３記載の露光装置であって、
前記パターンを前記第１基板に投影する投影光学系と、
前記第１定盤と前記第２定盤とから独立して、前記投影光学系を支持する第３定盤とを備える。
【請求項１７】
請求項１６記載の露光装置であって、
前記第３定盤を前記第１方向に駆動する第４駆動装置とを備える。
【請求項１８】
請求項１３記載の露光装置であって、
前記第１定盤の前記移動面を移動する第２基板ステージを備える。
【請求項１９】
基板ステージに保持された基板にパターンを露光する露光方法であって、
前記基板ステージに接続された可動子と、固定子とによって前記基板ステージを駆動するステップ、
前記基板ステージが移動する移動面を有した第１定盤を前記移動面とほぼ直交する第１方向に駆動するステップ、および
前記固定子が設けられるとともに、前記第１定盤とは独立して設けられた第２定盤を前記第１方向に駆動するステップを有する。
【請求項２０】
基板ステージに保持された基板にパターンを露光する露光方法であって、
移動画を有した第１定盤に前記基板ステージを設けるステップ、
前記第１定盤とは独立して設けられた第２定盤に固定子を設けるステップ、
前記固定子と、前記基板ステージに接続された可動子とにより前記基板ステージを駆動するステップ、および
前記第１定盤と前記第２定盤との前記独立状態を解除するステップを有する。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、基板を保持するステージ本体が複数の方向に移動するステージ装置およびこのステージ装置に保持されたマスクと基板とを用いて露光処理を行う露光装置に関し、特に半導体集積回路や液晶ディスプレイ等のデバイスを製造する際に、リソグラフィ工程で好適に用いられるステージ装置および露光装置に関する。
背景技術
従来より、半導体デバイスの製造工程の１つであるリソグラフィ工程においては、マスク又はレチクル（以下、レチクルと称する）に形成された回路パターンをレジスト（感光剤）が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板上に転写する種々の露光装置が用いられている。例えば、半導体デバイス用の露光装置としては、近年における集積回路の高集積化に伴うパターンの最小線幅（デバイスルール）の微細化に応じて、レチクルのパターンを投影光学系を用いてウエハ上に縮小転写する縮小投影露光装置が主として用いられている。
この縮小投影露光装置としては、レチクルのパターンをウエハ上の複数のショット領域（露光領域）に順次転写するステップ・アンド・リピート方式の静止露光型の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）や、このステッパを改良したもので、特開平８−１６６０４３号公報等に開示されるようなレチクルとウエハとを一次元方向に同期移動してレチクルパターンをウエハ上の各ショット領域に転写するステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）が知られている。
これらの縮小投影露光装置においては、ステージ装置として、床面に先ず装置の基準になるベースプレートが設置され、その上に床振動を遮断するための防振台を介してレチクルステージ、ウエハステージおよび投影光学系（投影レンズ）等を支持する本体コラムが載置されたものが多く用いられている。最近のステージ装置では、前記防振台として、内圧が制御可能なエアマウント、ボイスコイルモータ等のアクチュエータを備え、本体コラム（メインフレーム）に取り付けられた、例えば６個の加速度計の計測値に基づいて前記ボイスコイルモータ等を制御することにより本体コラムの振動を制御するアクティブ防振台が採用されている。
ところが、上記のステッパ等では、ウエハ上のあるショット領域に対する露光の後、他のショット領域に対して順次露光を繰り返すものであるから、ウエハステージ（ステッパの場合）、あるいはレチクルステージおよびウエハステージ（スキャニング・ステッパの場合）の加速、減速運動によって生じる反力が本体コラムの振動要因となって、投影光学系とウエハ等との相対位置誤差を生じさせるという不都合があった。特に、アライメント時や露光時における上記相対位置誤差は、結果的にウエハ上で設計値と異なる位置にパターンが転写されたり、その位置誤差に振動成分を含む場合には像ボケ（パターン線幅の増大）を招いたりする原因になるという不都合があった。
従って、係る不都合を抑制するためには、上記のアクティブ防振台等により本体コラムの振動を十分に減衰させる必要がある。例えばステッパの場合には、ウエハステージが所望の位置に位置決めされ十分に整定されるのを待ってアライメント動作や露光動作を開始する必要がある。また、スキャニング・ステッパの場合には、レチクルステージとウエハステージとの同期整定を十分に確保した状態で露光を行う必要があった。このため、スループット（生産性）を悪化させる要因となっていた。
また、近年におけるレチクルやウエハの大型化に伴い、両ステージが大型化し、上記特開平８−１６６４７５号公報や特開平８−３３０２２４号公報に記載された発明を用いても、フレーム部材を伝わって床側に逃げる反力に起因してフレーム部材自身が振動したり、床に逃げた反力が防振台を介して投影光学系を保持する本体コラム（メインボディ）に伝わってこれを加振する、いわゆる揺れ返しが生じる虞がある。そのため、スループットをある程度確保しつつ高精度な露光を行うことは困難になっている。
そこで、例えば特開平８−６３２３１号公報には、ベース上に浮揚支持されるステージ本体と駆動フレームとを設け、ステージ本体の前進移動に伴う反力で駆動フレームが後退するステージ装置が開示されている。この技術によれば、ステージ本体と駆動フレームとの間に運動量保存の法則が働き、ベース上における装置の重心の位置が維持されるため、フレーム部材への振動の影響を小さくすることができる。
図１３Ａおよび図１３Ｂに、この種のステージ装置の一例を示す。このステージ装置では、基板（感光基板）としてのウエハＷを保持するＸ／Ｙステージ（ステージ本体）１がリニアモータ等により駆動され、Ｘガイドバー２に沿ってＸ方向（図中左右方向）に移動するとともに、Ｘガイドバー２に設けられた可動子５がリニアモータを構成する固定子３に沿ってＹ方向に移動することで、ウエハＷがＸＹ平面に沿う２次元方向に移動する。各固定子３は、ベース（定盤）４上にそれぞれエアパッド６を介してＹ方向に移動自在に浮揚支持されたカウンターマス（３，６）を構成している。
Ｘ／Ｙステージ１が、例えば図中矢印で示す＋Ｙ方向に加速（移動）すると、加速に伴う反力でカウンターマス（３，６）が−Ｙ方向に加速することで運動量保存の法則が働き、ベース上における装置の重心の位置が維持される。その結果、装置の外部に反力を伝えることなくＸ／Ｙステージ１（すなわちウエハＷ）を移動させることができ、ステージ移動時の振動を最小限に抑えることが可能になる。
ところが、上記のステージ装置では、装置の重心位置は維持されるものの、重量物である固定子３が移動することでベース４が歪み、Ｘ／Ｙステージ１の滑走面に悪影響を及ぼす虞がある。
このような問題を解消するために、例えば図１４に示す構成のステージ装置が考えられている。この図に示すステージ装置では、固定子３は、ベース４とは分離・独立して設けられたサイド定盤（支持部）７上にエアパッド６を介して浮揚支持されている。この構成では、ベース４とサイド定盤７とが独立しているため、固定子３がカウンターマス（３，６）として移動した場合でも、移動に伴う歪みエネルギや振動がベース４に伝わらないため、滑走面の面精度が維持されるとともに、振動からＸ／Ｙステージ１を保護することができる。
ところで、上記ステージ装置では、ベース４は一般的に除振のために床上に防振台８を介して搭載されることが多い。通常、この種の防振台は駆動ストロークを有しているが、防振台の許容ストロークはリニアモータを構成する固定子３と可動子５間のギャップより小さくする必要がある。防振台の駆動ストロークを大きくする場合には、固定子３−可動子５間のギャップを大きくしなければならず、この場合モータ駆動による熱を発したり、モータ自体が大きくなるという弊害を生じる。
そこで、図１５に示すステージ装置では、モータや空気バネ、空気シリンダ等のアクチュエータ９を介して床上にサイド定盤７を設置する構成が考えられている。この構成では、防振台８のストロークに対してサイド定盤７が位置追従することが可能になるため、モータの固定子３−可動子５間のギャップを維持することができる。
しかしながら、上述したような従来のステージ装置および露光装置には、以下のような問題が存在する。
サイド定盤７を駆動するためのアクチュエータ９が常にサーボ状態で頻繁に駆動されることにより、熱が生じる。また、アクチュエータ９が正常に作動している場合は問題がないが、万一、不測の事態が生じてアクチュエータが作動しなかったり、所定外の動作をした場合、モータの固定子３と可動子５とが接触して破損する虞がある。
そこで、固定子３−可動子５間のギャップを大きくしたり、防振台８のストロークを短くすることが考えられるが、ギャップを大きくすることはモータの推力低下という問題を生じさせ、ストロークを短くすることは防振性能の低下という問題を生じさせてしまう。
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、ベースに対してモータの固定子を分離・独立して配置した場合でも、モータの推力低下や防振性能の低下、モータの破損を招くことなく反力処理を実施できるステージ装置および露光装置を提供することを目的とする。
発明の開示
上記の目的を達成するために本発明は、実施の形態を示す図１ないし図１１に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明のステージ装置は、移動面を有するベースに移動可能に支持されたステージ本体と、固定子とステージ本体に設けられた可動子とを有しステージ本体を駆動する第１駆動装置とを備えたステージ装置であって、固定子が設けられるとともに、ベースとは独立して設けられた支持部と、移動面とほぼ直交する第１方向（Ｚ方向）のベースと支持部との相対変位に応じて、ベースに対する支持部の独立状態を解除する解除装置とを有する。
本発明のステージ装置では、固定子を支持する支持部がベースと独立して設けられているため、ステージ本体の移動に伴う反力で固定子が移動した場合でも、固定子の移動に起因する歪みエネルギや振動がベースに伝わることを防止できる。また、不測の事態が生じて、ベースと支持部との第１方向の相対変位が大きくなった場合には、ベースと支持部との独立状態が解除されて従属状態になるため、固定子と可動子との間のギャップが所定以上に小さくなり接触して破損することを防止できる。そのため、固定子と可動子との間のギャップを必要以上に大きくして第１駆動装置の推力が低下したり、ベースを第１方向に駆動するための第２駆動装置のストロークを抑えて防振性能が低下することがなく、ステージ本体の移動による反力の処理が行える。
前記解除装置は、前記ベースに設けられた第１部材と、前記支持部に設けられた第２部材とを有していてもよい。この場合、第１部材と第２部材とによりベースに対する支持部の独立状態を解除できる。
前記支持部が前記ベースから独立している際には、前記第１部材と前記第２部材とが非接触であり、独立状態を解除する際には接触する構成であってもよい。この場合、第１部材と第２部材との接触、非接触によりベースに対する支持部の独立状態を解除できる。
前記第１部材と前記第２部材とのいずれか一方が、第１方向と直交する方向に沿って複数設けられていてもよい。この場合、ベースが第１方向以外の方向に相対変位した場合でも、確実にベースに対する支持部の独立状態を解除して追従移動させることができる。
前記支持部の自重を弾性部材で支持する構成であってもよい。この場合、支持部に対する支持で熱が生じることを防止できる。
前記弾性部材は、少なくとも三角形の頂点を成す３点で支持部を支持する構成となっていてもよい。この場合、支持部を平面的に安定して支持できる。
前記ベースを第１方向に駆動する第２駆動装置を有していてもよい。この場合、第１方向に駆動されるベースに対して支持部の独立状態を解除できる。
前記支持部を第１方向に駆動する第３駆動装置を有していてもよい。この場合、独立状態の解除時にベースを歪ませる力を大幅に小さくできる。
前記固定子を支持部に対して移動可能に支持する支持機構を有していてもよい。この場合、固定子が移動する場合でも、独立状態の解除時にベースを歪ませる力を大幅に小さくできる。
前記固定子の移動に伴う支持部の重心の移動を補正するように第３駆動装置を制御する制御装置を有していてもよい。この場合、固定子の移動に伴う重心移動を補うことができ、弾性部材の剛性を低くできる。
前記第３駆動装置は、駆動停止時に支持部と移動自在に接続されてもよい。この場合、第３駆動装置の駆動停止時にも支持部を確実にベースに追従させることができる。
一方、本発明の露光装置は、マスクステージに保持されたマスクのパターンを基板ステージに保持された基板に露光する露光装置において、マスクステージと基板ステージとの少なくとも一方のステージとして、前記いずれかのステージ装置が用いられる。
この露光装置では、露光処理時にマスクや基板の移動に伴う反力で固定子が移動する際にも、第１駆動装置が破損することなく、第１駆動装置の推力低下や、第２駆動装置の防振性能低下を防止した状態で、ステージ本体の移動による反力処理を実施することが可能になる。
本発明の他の態様に係る露光装置は、第１基板ステージに保持された第１基板にパターンを露光するものであって、前記第１基板ステージに接続された可動子と、固定子とを備え、前記第１基板ステージを駆動する第１駆動装置、前記第１基板ステージが移動する移動面を有した第１定盤、前記固定子が設けられるとともに、前記第１定盤とは独立して設けられた第２定盤、前記第１定盤を前記移動面とほぼ直交する第１方向に駆動する第２駆動装置、および前記第２定盤を前記第１方向に駆動する第３駆動装置を備える。
前記露光装置は、前記固定子を前記第２定盤に対して移動可能に支持する支持機構を備えていてもよい。
前記露光装置は、前記第１基板ステージの移動に伴う前記第１定盤の重心の変化を補正するように前記第２駆動装置を制御するとともに、前記第１基板ステージの移動に応じた前記固定子移動に伴う前記第２定盤の重心の変化を補正するように前記第３駆動装置を制御する制御装置を備えていてもよい。
前記露光装置は、前記パターンを前記第１基板に投影する投影光学系と、前記第１定盤と前記第２定盤とから独立して、前記投影光学系を支持する第３定盤とを備えていてもよい。
前記露光装置は、前記第３定盤を前記第１方向に駆動する第４駆動装置とを備えていてもよい。
前記露光装置は、前記第１定盤の前記移動面を移動する第２基板ステージを備えていてもよい。
本発明の他の態様に係る露光装置は、基板ステージに保持された基板にパターンを露光する方法であって、前記基板ステージに接続された可動子と、固定子とによって前記基板ステージを駆動するステップ、前記基板ステージが移動する移動面を有した第１定盤を前記移動面とほぼ直交する第１方向に駆動するステップ、および前記固定子が設けられるとともに、前記第１定盤とは独立して設けられた第２定盤を前記第１方向に駆動するステップを有する。
本発明のさらに他の態様に係る露光装置は、基板ステージに保持された基板にパターンを露光する方法であって、移動画を有した第１定盤に前記基板ステージを設けるステップ、前記第１定盤とは独立して設けられた第２定盤に固定子を設けるステップ、前記固定子と、前記基板ステージに接続された可動子とにより前記基板ステージを駆動するステップ、および前記第１定盤と前記第２定盤との前記独立状態を解除するステップを有する。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明のステージ装置および露光装置の第１の実施形態を、図１ないし図７を参照して説明する。ここでは、露光装置として、レチクルとウエハとを一次元方向（ここではＹ軸方向とする）に同期移動しつつ、レチクルに形成された半導体デバイスの回路パターンをウエハ上に転写する、ステップ・アンド・スキャン方式、またはステップ・アンド・スティッチ方式からなる走査露光方式の露光装置を使用する場合を例として説明する。また、この露光装置では、本発明のステージ装置をウエハステージとして使用している。これらの図において、従来例として示した図１３〜図１５と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
図１には本発明の一実施形態に係る露光装置１０の全体構成が概略的に示されている。露光装置１０は、露光用照明光（以下、「照明光」と略述する）ＩＬによりマスクとしてのレチクルＲ上の矩形状（あるいは円弧状）の照明領域を均一な照度で照明する不図示の照明系と、レチクルＲを保持するマスクステージとしてのレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出される照明光をウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持する基板ステージとしてのウエハステージ（ステージ装置）ＷＳＴ、投影光学系ＰＬ，レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴが搭載されたボディとしての本体コラム１４、及び本体コラム１４の振動を抑制あるいは除去する防振システム等を備えている。
前記照明光ＩＬとしては、例えば超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）や、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）及びＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）などが用いられる。
本体コラム１４は、床面ＦＤに水平に載置された装置の基準となる矩形板状のベースプレートＢＰと、このベースプレートＢＰ上面の三角形頂点部分の近傍にそれぞれ配置された防振ユニット１６Ａ〜１６Ｃ（但し、図１においては紙面奥側の防振ユニット１６Ｃは図示せず）及びこれらの防振ユニット１６Ａ〜１６Ｃを介してほぼ水平に支持された鏡筒定盤１８と、鏡筒定盤１８に装着されたファーストインバと呼ばれる投影光学系ＰＬの支持部材２４（以下、「ファーストインバ２４」と呼ぶ）と、鏡筒定盤１８上に立設されたセカンドインバと呼ばれるレチクルステージ定盤２５の支持部材２６（以下、「セカンドインバ２６」と呼ぶ）とを備えている。
防振ユニット１６Ａ〜１６Ｃは、ベースプレートＢＰの上部に直列に配置されたアクチュエータ部２８と内圧が調整可能なエアマウント３０とをそれぞれ含んでいる。防振ユニット１６Ａ〜１６Ｃの各アクチュエータ部２８には、ボイスコイルモータがそれぞれ少なくとも１つ含まれている。この場合、防振ユニット１６Ａ〜１６Ｃの全体としてアクチュエータ部に、鉛直方向（すなわち図１のＺ方向）駆動用のボイスコイルモータが少なくとも３個、Ｘ方向駆動用のボイスコイルモータ及びＹ方向駆動用のボイスコイルモータが合計で少なくとも３個（但し、Ｘ方向駆動用のボイスコイルモータ及びＹ方向駆動用のボイスコイルモータが各１つ含まれる）含まれている。
鏡筒定盤１８には、図１では図示が省略されているが、この鏡筒定盤１８を含む本体コラム１４のＺ軸方向の振動を検出する振動センサ（例えば半導体加速度センサ等の加速度計）が少なくとも３つ、Ｘ方向、Ｙ方向の振動を検出する振動センサ（例えば半導体加速度センサ等の加速度計）が合計で少なくとも３つ（但し、Ｘ方向振動検出用センサ及びＹ方向振動検出用センサを各１つ含む）取り付けられている。これらの少なくとも６つの振動センサ（以下、「振動センサ群３２」と呼ぶ）の出力が後述する主制御装置５０（図７参照）に供給され、該主制御装置５０によって本体コラム１４の６自由度方向の運動が求められ、防振ユニット１６Ａ〜１６Ｃが制御される。すなわち、本実施形態では、振動センサ群と防振ユニット１６Ａ〜１６Ｃと、主制御装置５０とによって本体コラム１４の振動を制振するためのアクティブ防振システムが構成されている。
セカンドインバ２６は、側面視略台形状で底面及び上面が八角形の多面体の全体形状を有し、各側面に台形状の開口が形成され、底面が完全に開口したフレームである。このセカンドインバ２６の上面はレチクルステージ定盤２５を支持する支持プレートとされており、該支持プレートには、照明光ＩＬの通路を成す矩形の開口部（不図示）が形成され、この開口部を含む領域の上面にレチクルステージ定盤２５が載置されている。レチクルステージ定盤２５にも開口部に対向して所定の開口が形成されている。
レチクルステージＲＳＴは、上記レチクルステージ定盤２５上に配置されている。レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲをレチクルステージ定盤２５上でＹ軸方向に大きなストロークで直線駆動するとともに、Ｘ軸方向及びθＺ方向（Ｚ軸回りの回転方向）に関しても微小駆動が可能な構成となっている。
レチクルステージＲＳＴは、レチクルステージ定盤２５上にＹ軸方向に沿って設けられた不図示のＹガイドに沿って移動するレチクル粗動ステージ１１と、このレチクル粗動ステージ１１上を一対のＸボイスコイルモータ３６Ａ、３６Ｂ（図１では図示せず、図７参照）と一対のＹボイスコイルモータ３６Ｃ、３６Ｄ（図１では図示せず、図７参照）とによってＸ、Ｙ、θＺ方向に微少駆動されるレチクル微動ステージ１２とを含んで構成されている。レチクルＲはレチクル微動ステージ１２に、例えば真空吸着等によって固定されている。
レチクル粗動ステージ１１は、不図示のエアベアリングによってＹガイドに対して非接触で支持されており、Ｙリニアモータ３４Ａ、３４Ｂ（図１では図示せず、図７参照）によってＹ軸方向に所定ストロークで駆動される構成になっている。本実施形態では、Ｙリニアモータ３４Ａ、３４Ｂ、Ｘボイスコイルモータ３６Ａ、３６Ｂ及びＹボイスコイルモータ３６Ｃ、３６ＤによってレチクルステージＲＳＴの駆動系３７（図７参照）が構成されている。
Ｙリニアモータ３４Ａ、３４Ｂのそれぞれは、レチクルステージ定盤２５上に複数のエアベアリングによって浮上支持されＹ軸方向に延びる固定子と、該固定子に対応して設けられレチクル粗動ステージ１１に固定された可動子とから構成されている。従って、本実施形態では、レチクルステージＲＳＴが走査方向（Ｙ軸方向）に移動する際には、一対のＹリニアモータ３４Ａ、３４Ｂの可動子と固定子とが相対的に逆方向に移動する。すなわち、レチクルステージＲＳＴと固定子とが相対的に逆方向に移動する。レチクルステージＲＳＴと固定子とレチクルステージ定盤２５との３者間の摩擦が零である場合には、運動量保存の法則が成立し、レチクルステージＲＳＴの移動に伴う固定子の移動量は、レチクルステージＲＳＴ全体と固定子との重量比で決定される。このため、レチクルステージＲＳＴの走査方向の加減速時の反力は固定子の移動によって吸収されるので、上記反力によってレチクルステージ定盤２５が振動するのを効果的に防止することができる。また、レチクルステージＲＳＴと固定子とが相対的に逆方向に移動して、レチクルステージＲＳＴ、レチクルステージ定盤２５等を含む系の全体の重心位置が所定の位置に維持されるので、重心位置の移動による偏荷重が発生しないようになっている。かかる詳細は、例えば、特開平８−６３２３１号公報に記載されている。
レチクル微動ステージ１２の一部には、その位置や移動量を計測するための位置計測装置であるレチクルレーザ干渉計システム３８からの測長ビームを反射する移動鏡４０が取り付けられている。レチクルレーザ干渉計システム３８は、鏡筒定盤１８の上面に固定されている。レチクルレーザ干渉計システム３８に対応した固定鏡４２は、投影光学系ＰＬの鏡筒の側面に設けられている。そして、レチクルレーザ干渉計システム３８によってレチクルステージＲＳＴ（具体的にはレチクル微動ステージ１２）のＸ，Ｙ，θＺ方向の位置計測が投影光学系ＰＬを基準として行われる。
上記のレチクルレーザ干渉計システム３８によって計測されるレチクルステージＲＳＴ（即ちレチクルＲ）の位置情報（又は速度情報）はステージ制御装置４４（図１では図示せず、図７参照）及びこれを介して主制御装置５０に供給される（図７参照）。ステージ制御装置４４は、基本的にはレチクルレーザ干渉計システム３８から出力される位置情報（或いは速度情報）が主制御装置５０からの指令値（目標位置、目標速度）と一致するように上記のＹリニアモータ３４Ａ、３４Ｂ及びボイスコイルモータ３６Ａ〜３６Ｄを制御する。
前記鏡筒定盤１８の中央部には円形開口が形成されており、この円形開口内に上端にフランジが設けられた円筒状部材から成るファーストインバ２４が挿入され、このファーストインバ２４の内部に投影光学系ＰＬがその光軸方向をＺ軸方向として上方から挿入されている。ファーストインバ２４の素材としては、低熱膨張の材質、例えばインバー（Ｉｎｖｅｒ；ニッケル３６％、マンガン０．２５％、及び微量の炭素と他の元素を含む鉄からなる低膨張の合金）が用いられている。
投影光学系ＰＬの鏡筒部の外周部には、該鏡筒部に一体化された鋳物等から成るフランジＦＬＧが設けられている。このフランジＦＬＧは、投影光学系ＰＬをファーストインバ２４に対して点と面とＶ溝とを介して３点で支持するいわゆるキネマティック支持マウントを構成している。このようなキネマティック支持構造を採用すると、投影光学系ＰＬのファーストインバ２４に対する組み付けが容易で、しかも組み付け後のファーストインバ２４及び投影光学系ＰＬの振動、温度変化、姿勢変化等に起因する応力を最も効果的に軽減できるという利点がある。
前記投影光学系ＰＬとしては、ここでは、物体面（レチクルＲ）側と像面（ウエハＷ）側の両方がテレセントリックで円形の投影視野を有し、石英や螢石を光学硝材とした屈折光学素子（レンズ素子）のみから成り投影倍率βが１／４（又は１／５）の屈折光学系が使用されている。このため、レチクルＲに照明光ＩＬが照射されると、レチクルＲ上の回路パターン領域のうちの照明光ＩＬによって照明された部分からの結像光束が投影光学系ＰＬに入射し、その回路パターンの部分倒立像が投影光学系ＰＬの像面側の円形視野の中央にスリット状に制限されて結像される。これにより、投影された回路パターンの部分倒立像は、投影光学系ＰＬの結像面に配置されたウエハＷ上の複数のショット領域のうちの１つのショット領域表面のレジスト層に縮小転写される。
前記ウエハステージＷＳＴは、ウエハＷを保持してＸＹ２次元方向に移動する。これを更に詳述すると、ウエハステージＷＳＴは、図１では簡略化して示されているが、実際には、図２に示されるように、移動面２２ａを有するウエハステージ定盤（ベース）２２、移動ステージ（ステージ本体）１Ａ、１Ｂ（適宜、移動ステージ１と総称する）、移動ステージ１Ａ、１ＢをそれぞれＹ方向に駆動するＹモータ（第１駆動装置）６１Ａ、６１Ｂ、移動ステージ１Ａ、１ＢをそれぞれＸ方向に駆動するＸモータ６２Ａ、６２Ｂを主体として構成されたダブル・ステージ方式であり、例えば移動ステージ１Ａ側でウエハ（基板）Ｗ１に対する走査露光中に、移動ステージ１Ｂ側でウエハ（基板）Ｗ２の交換およびアライメントが実施可能になっている。
ウエハステージ定盤２２は、ベースプレートＢＰの上方に、防振ユニット（第２駆動装置）２９を介してほぼ水平に支持されている。防振ユニット２９は、上記防振ユニット１６Ａ〜１６Ｃと同様に、アクチュエータ部と内圧が調整可能なエアマウントとをそれぞれ含んだアクティブ防振システムを構成しており、図３に示すように、三角形の頂点をなす三カ所に配置されている（なお、図１では紙面奥側の防振ユニットについては図示せず）。そして、図示していないものの、ウエハステージ定盤２２には、定盤２２のＺ軸方向の振動を検出する振動センサ（例えば半導体加速度センサ等の加速度計）が少なくとも３つ、Ｘ方向、Ｙ方向の振動を検出する振動センサ（例えば半導体加速度センサ等の加速度計）が合計で少なくとも３つ（但し、Ｘ方向振動検出用センサ及びＹ方向振動検出用センサを各１つ含む）取り付けられている。これらの少なくとも６つの振動センサ（以下、「振動センサ群３３」と呼ぶ）の出力が後述する主制御装置５０（図７参照）に供給され、該主制御装置５０によってウエハステージ定盤２２の６自由度方向の運動が求められ、防振ユニット２９が移動面２２ａとほぼ直交するＺ方向（第１方向）に駆動されることでベースプレートＢＰを介してウエハステージ定盤２２に伝わる微振動がマイクロＧレベルで絶縁されるように制御される。ウエハステージ定盤２２の投影光学系ＰＬに対する相対位置は、位置センサ７７（図７参照）で検出され主制御系５０に出力される。
移動ステージ１Ａ、１Ｂは、ウエハステージ定盤２２上にそれぞれ不図示のエアベアリングを介して浮上支持されている。移動ステージ１Ａ、１Ｂ上には、試料台（ホルダ）６３Ａ、６３Ｂがそれぞれ載置され、これら試料台６３Ａ、６３Ｂ上には感光基板であるウエハ（基板）Ｗ１、Ｗ２（適宜、ウエハＷと総称する）が真空吸着等によってそれぞれ保持される。試料台６３Ａ、６３Ｂは、移動ステージ１Ａ、１Ｂに対してＸ方向、Ｙ方向およびＺ軸回りの回転方向に微動可能であるとともに、レベリングおよびフォーカシングを行うためにＺ方向の変位、および２軸の回り（すなわち、Ｘ軸およびＹ軸回り）の傾斜が可能な構成になっている。
Ｘモータ６２Ａは、移動ステージ１Ａをステップ移動方向であるＸ方向に駆動するものであって、Ｘ方向に延在するＸガイドバー２Ａに埋設された不図示のＸ固定子（以下ＸガイドバーをＸ固定子として説明する）と、移動ステージ１Ａに設けられ、Ｘ固定子との間の電磁気的相互作用によりＸ方向に駆動されるＸ移動子（不図示）とから構成されている。同様に、Ｘモータ６２Ｂは、移動ステージ１ＢをＸ方向に駆動するものであって、Ｘ方向に延在するＸガイドバー２Ｂ（適宜、Ｘガイドバー２と総称する）に埋設されたＸ固定子（不図示）と、移動ステージ１Ｂに設けられ、Ｘ固定子との間の電磁気的相互作用によりＸ方向に駆動されるＸ移動子（不図示）とから構成されている。
Ｙモータ６１Ａは、移動ステージ１Ａをスキャン方向（走査方向）であるＹ方向に駆動するものであって、図４に簡略化して示すように、Ｘガイドバー２Ａを介して移動ステージ１Ａの両端に設けられたＹ可動子（可動子）６４Ａ、６４Ａと、Ｙ可動子６４Ａに向けて開口し、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ａとの間の電磁気的相互作用により当該Ｙ可動子６４Ａ、６４ＡをＹ方向に駆動させる固定子としての断面コ字状のカウンターマス（適宜、固定子と称する）６５（但し、図２に示すように、カウンターマスの形状は左右で異なるが図１、３では便宜上同形状に図示）とから構成されている。なお、−Ｘ側（図２中、左側）に配置されるカウンターマス６５には、Ｘガイドバー２Ａ、２ＢやＹ可動子６４Ａ、６４Ｂに接続されるエア用配管、冷媒用配管、電力配線、信号供給用のシステム配線等の各種用力供給ケーブル等に応力集中を発生させずに（緩和して）導くための傾斜面が形成されている。
同様に、Ｙモータ６１Ｂは、移動ステージ１Ｂをスキャン方向（走査方向）であるＹ方向に駆動するものであって、Ｘガイドバー２Ｂを介して移動ステージ１Ｂの両端に設けられたＹ可動子（可動子）６４Ｂ、６４Ｂと、Ｙ可動子６４Ｂに向けて開口し、Ｙ可動子６４Ｂ、６４Ｂとの間の電磁気的相互作用により当該Ｙ可動子６４Ｂ、６４ＢをＹ方向に駆動させる固定子としての断面コ字状のカウンターマス６５とから構成されている。すなわち、Ｙ移動子６４Ａ、６４Ｂは、複数の移動ステージ１Ａ、１Ｂ毎に設けられるが、カウンターマス６５は、移動ステージ１Ａ、１Ｂの移動範囲に亘る長さを有することで、これらＹ移動子６４Ａ、６４Ｂに共用される構成になっている。なお、上記Ｙモータ６１Ａ、６１Ｂは、ムービングコイル形式のリニアモータを構成している。
カウンターマス６５は、ウエハステージ定盤２２のＸ方向両側に設けられたサイド定盤（支持部）７、７上に、Ｙ方向へのガイド機構（支持機構）を有するエアパッド６を介してＹ方向に移動自在にそれぞれ浮揚支持されている。サイド定盤７は、ウエハステージ定盤２２と（振動的に）独立して設けられており、ベースプレートＢＰ上に設置された弾性部材としてのコイルスプリング３１により自重を支持されている。コイルスプリング３１は、カウンターマス６５の重心が移動したときも含めてサイド定盤７の自重を充分に支持できる剛性を有するバネ定数に設定されており、図３に示すように、両端側及び中央部の、三角形の頂点を成す３点でサイド定盤７を支持している。
このサイド定盤７とウエハステージ定盤２２とは、解除装置４５により上記独立状態が解除自在に連結されている。解除装置４５は、これらサイド定盤７及びウエハステージ定盤２２のＹ方向両端面にそれぞれ設けられており（図１、２及び４では−Ｙ側の解除装置のみ図示）、図５に示すように、ウエハステージ定盤２２に設けられたステンレス製のストッパー用アーム（第１部材）４６と、サイド定盤７にＸ方向に間隔をあけて突設された軸部材（第２部材）４７、４７とから構成されている。
ストッパー用アーム４６は、ボルト等の不図示の締結手段によりウエハステージ定盤２２に固定されており、軸部材４７、４７と対向する位置にはＸ方向に延びる嵌合溝４８が形成されている。図６に示すように、嵌合溝４８は、ウエハステージＷＳＴの正常稼働時に、軸部材４７との間にＺ方向（及び一部Ｘ方向）に隙間Ｌ１が形成される幅及び位置に形成されている。この隙間Ｌ１は、Ｙモータ６１Ａ、６１ＢにおけるＹ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５との間のギャップ量をＬ２（図４参照）とすると、次式の関係が成り立つように設定されている。
Ｌ１＜Ｌ２      …（１）
一方、ウエハステージＷＳＴには、移動ステージ１Ａ、１ＢやＸガイドバー２Ａ、２Ｂに対して各種用力を供給するための上述した用力供給ケーブル、チューブ等を保持し、且つＸガイドバー２Ａ、２Ｂの移動（すなわち、移動ステージ１Ａ、１ＢのＹ方向の移動）とそれぞれ同期移動する不図示のチューブキャリアが設けられている。チューブキャリアが移動ステージ１Ａ、１Ｂとそれぞれ同期移動することで、チューブキャリアと移動ステージ１Ａ、１Ｂとの間に配されたケーブル・チューブの変形が阻止されるため、複数のケーブル・チューブ同士の擦れ、叩きやケーブル・チューブの変形に伴う抗力等の外乱に起因する振動の発生を防止することができる。
前記移動ステージ１Ａ、１Ｂ上面のＸ方向一側の端部には、移動鏡７９ＸがＹ方向に延設され、Ｙ方向の一側の端部には、移動鏡７９ＹがＸ方向に延設されている。これらの移動鏡７９Ｘ、７９Ｙに位置検出装置であるウエハレーザ干渉計システム８０（図１参照）を構成する各レーザ干渉計からの測長ビームがそれぞれ照射されている。これらの測長ビームに対応する各レーザ干渉計の少なくとも一方は、測長軸を２本有する２軸干渉計が用いられている。
ウエハレーザ干渉計システム８０を構成する各レーザ干渉計に対応する各固定鏡は、投影光学系ＰＬの鏡筒の下端部に固定されている。ウエハレーザ干渉計システム８０は、鏡筒定盤１８上面に配置されている。前述の如く、ウエハステージＷＳＴ上には、移動鏡として移動鏡７９Ｘ、７９Ｙが設けられ、これに対応して固定鏡もＸ方向位置計測用の固定鏡とＹ方向位置計測用の固定鏡とがそれぞれ設けられ、レーザ干渉計もＸ方向位置計測用のものとＹ方向位置計測用のものとが設けられているが、図１ではこれらが代表的に移動鏡７９、固定鏡８１、ウエハレーザ干渉計システム８０として示されている。
上記のウエハレーザ干渉計システム８０によってウエハステージＷＳＴのＸ，Ｙ，θＺ（Ｚ周りの回転）方向の位置計測が投影光学系ＰＬを基準として行われる。ウエハレーザ干渉計システム８０によって計測されるウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）はステージ制御装置４４及びこれを介して主制御装置５０に送られる。ステージ制御装置４４は、基本的にはウエハレーザ干渉計システム８０から出力される位置情報（或いは速度情報）が主制御装置５０から与えられる指令値（目標位置、目標速度）と一致するように上記のＹモータ６１Ａ、６１Ｂ及びＸモータ６２Ａ、６２Ｂを制御する。
図７には、本実施形態に係る露光装置１０の制御系の主要な構成がブロック図にて示されている。この制御系は、マイクロコンピュータ（あるいはワークステーション）から成る制御系としての主制御装置５０を中心として構成されている。この図に示すように、振動センサ群３２、３３、位置センサ７７の計測結果は、主制御装置５０に出力される。主制御装置５０は、入力した計測結果に基づいて防振ユニット１６Ａ〜１６Ｃ、２９の駆動をそれぞれ制御する。ステージ制御装置４４は、主制御装置５０の制御下で、レチクルレーザ干渉計システム３８およびウエハレーザ干渉計システム８０の計測結果に基づいて、Ｙリニアモータ３４Ａ、３４Ｂ、Ｘボイスコイルモータ３６Ａ、３６Ｂ、Ｙボイスコイルモータ３６Ｃ、３６Ｄ、Ｙモータ６１Ａ、６１Ｂ、Ｘモータ６２Ａ、６２Ｂ、トリムモータ７２、ボイスコイルモータ７３の駆動を制御する。
次に、上記の構成の露光装置のうち、まずウエハステージＷＳＴの動作について説明する。
例えば、Ｙモータ６１Ａが作動してＹ移動子６４Ａが固定子６５に対して相対移動することにより、移動ステージ１Ａが試料台６３Ａ（およびウエハＷ１）とともにＹ方向に移動すると、この移動による反力でカウンターマスとしての固定子６５がサイド定盤７上を移動ステージ１Ａの移動方向とは逆方向に相対移動する。この結果、移動ステージ１ＡのＹ方向の加減速時の反力はカウンターマス６５の移動により吸収され、ベースプレートＢＰに与える運動量は理論的にゼロとなり、ウエハステージＷＳＴにおける重心の位置がＹ方向において実質的に固定される。なお、Ｙモータ６１Ｂが作動して移動ステージ１ＢがＹ方向に移動する際にも同様の動作となる。
移動ステージ１Ａ、１Ｂの移動に際しては、主制御装置５０からの指示に応じてステージ制御装置４４がレーザ干渉計システム８０等の計測値に基づいて、移動ステージ１Ａ、１Ｂの移動に伴う重心の変化による影響をキャンセルするカウンターフォースを防振ユニット２９に対してフィードフォワードで与え、この力を発生するようにエアマウントおよびアクチュエータ部を駆動する。また、移動ステージ１Ａ、１Ｂとウエハステージ定盤２２との摩擦が零でない等の理由で、ウエハステージ定盤２２の６自由度方向の微少な振動が残留した場合にも、振動センサ群３３や位置センサ７７の計測値に基づいて上記残留振動を除去すべく、エアマウントおよびアクチュエータ部をフィードバック制御する。
カウンターマス６５の移動でサイド定盤７には偏荷重が掛かるが、剛性の高いコイルスプリング３１に支持されているため、大きな姿勢変化は生じず、従ってサイド定盤７とウエハステージ定盤２２との相対変位も上記Ｌ１以下の微小なものとなる。このとき、カウンターマス６５の移動でサイド定盤７には歪みが生じるが、定盤７、２２間の相対変位が微小であり、ストッパー用アーム４６と軸部材４７とが非接触なので、定盤７、２２の独立状態が維持され、歪みエネルギや振動はウエハステージ定盤２２に伝わらず、移動ステージ１Ａ、１Ｂの滑走面の面精度が維持される。
一方、万一、防振ユニット２９が機能しなくなったり、暴走して定盤７、２２間の相対変位が大きくなった場合、具体的には、Ｚ方向の相対変位がストッパー用アーム４６と軸部材４７との間の隙間Ｌ１を超えるような大きさになる場合には、Ｙモータ６１Ａ、６１ＢにおけるＹ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５とが接触する前に、ストッパー用アーム４６と軸部材４７とが接触する。これにより、ウエハステージ定盤２２とサイド定盤７との独立状態が解除され、ウエハステージ定盤２２が＋Ｚ方向や−Ｚ方向に大きく変位した場合でもサイド定盤７が追従移動する。そのため、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５との間のギャップ量は、Ｌ２−Ｌ１（＞０；式（１）より）が維持され、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５との接触が回避される。
また、ウエハステージ定盤２２がＺ方向のみならず、θＹ（Ｙ軸周りの回転）方向に変位した場合、軸部材４７が一カ所では、この軸部材の軸周りに定盤２２が変位すると、軸部材とストッパー用アーム４６との間の隙間は維持されるものの、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５とが接触してしまう虞がある。しかし、本実施の形態では軸部材４７をＸ方向に２カ所設けることで、ウエハステージ定盤２２がθＹ方向に大きく相対変位した場合でも、ストッパー用アーム４６と軸部材４７とが接触して、定盤７、２２間の独立状態を解除して追従移動させることができるため、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５との接触を回避できる。
次に、露光装置１０における露光動作について説明する。
前提として、ウエハＷ上のショット領域を適正露光量（目標露光量）で走査露光するための各種の露光条件が予め設定される。また、不図示のレチクル顕微鏡及び不図示のオフアクシス・アライメントセンサ等を用いたレチクルアライメント、ベースライン計測等の準備作業が行われ、その後、アライメントセンサを用いたウエハＷのファインアライメント（ＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）等）が終了し、ウエハＷ上の複数のショット領域の配列座標が求められる。
このようにして、ウエハＷの露光のための準備動作が終了すると、ステージ制御装置４４では、主制御装置５０からの指示に応じてアライメント結果に基づいてウエハレーザ干渉計システム８０の計測値をモニタしつつＹモータ６１Ａ、６１Ｂ、及びＸモータ６２Ａ、６２Ｂを制御してウエハＷの第１ショットの露光のための走査開始位置に移動ステージ１を移動する。
ステージ制御装置４４では、主制御装置５０からの指示に応じてレチクル駆動部３７及びウエハ駆動部３９を介してレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとのＹ方向の走査を開始し、両ステージＲＳＴ、ＷＳＴがそれぞれの目標走査速度に達すると、照明光ＩＬによってレチクルＲのパターン領域が照明され始め、走査露光が開始される。
ステージ制御装置４４では、特に上記の走査露光時にレチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の移動速度とウエハステージＷＳＴのＹ軸方向の移動速度とが投影光学系ＰＬの投影倍率（１／５倍或いは１／４倍）に応じた速度比に維持されるようにレチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴ（移動ステージ１）を同期制御する。
レチクルＲのパターン領域の異なる領域が照明光ＩＬで逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了することにより、ウエハＷ上の第１ショットの走査露光が終了する。これにより、レチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介して第１ショットに縮小転写される。
このようにして、第１ショットの走査露光が終了すると、ステージ制御装置４４により主制御装置５０の指示に応じてウエハ駆動部３９を介して移動ステージ１がＸ、Ｙ軸方向にステップ移動され、第２ショットの露光のため走査開始位置に移動される。このステッピングの際に、ステージ制御装置４４ではウエハレーザ干渉計システム８０の計測値に基づいて移動ステージ１のＸ、Ｙ、θＺ方向の位置変位をリアルタイムに計測する。この計測結果に基づき、ステージ制御装置４４ではウエハ駆動部３９を制御してＸＹ位置変位が所定の状態になるように移動ステージ１の位置を制御する。
主制御装置５０の指示に基づきステージ制御装置４４では第２ショットに対して上記と同様の走査露光を行う。このようにして、ウエハＷ上のショットの走査露光と次ショット露光のためのステッピング動作とが繰り返し行われ、ウエハＷ上の露光対象ショットの全てにレチクルＲのパターンが順次転写される。すなわち、以上のようにして、ステップ・アンド・スキャン方式の露光が行われる。
続いて、２つの移動ステージ１Ａ、１Ｂによる並行処理について説明する。本実施の形態では、例えば移動ステージ１Ａ（すなわち試料台６３Ａ）上のウエハＷ１を投影光学系ＰＬを介して露光動作を行っている間に、移動ステージ１Ｂにおいてウエハ交換が行われ、ウエハ交換に引き続いてアライメント動作およびオートフォーカス／オートレベリングが行われる。
移動ステージ１Ｂ側で、上記のウエハ交換、アライメント動作が行われている間に、移動ステージ１Ａ側では、２枚のレチクルを使った場合、露光条件を変えながら連続してステップ・アンド・スキャン方式により二重露光を行うことも可能である。２つの移動ステージ１Ａ、１Ｂ上で並行して行われる露光シーケンスとウエハ交換・アライメントシーケンスとは、先に終了したウエハステージの方が待ち状態となり、両方の動作が終了した時点で移動ステージ１Ａ、１Ｂが移動制御される。露光シーケンスが終了した移動ステージ１Ａ上のウエハＷ１は、ローディングポジションでウエハ交換がなされ、アライメントシーケンスが終了した移動ステージ１Ｂ（すなわち試料台６３Ｂ）上のウエハＷ２は、投影光学系ＰＬの下で露光シーケンスが行われる。
このように、一方の移動ステージ側でウエハ交換とアライメント動作を実行する間に、他方の移動ステージ側で露光動作を実行することとし、両方の動作が終了した時点でお互いの動作を切り換えるようにすることで、スループットを大幅に向上させることが可能になる。
以上のように、本実施の形態では、ウエハステージ定盤２２とサイド定盤７との相対変位に応じてウエハステージ定盤２２に対するサイド定盤７の独立状態を解除するので、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５とが接触して破損する事態を回避することができる。そのため、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５とのギャップ量を大きくしたり、防振ユニット２９の駆動ストロークを短くする必要がなくなり、モータの推力低下や防振性能の低下を防ぐことが可能になる。
さらに、本実施の形態では、サイド定盤７の自重をコイルスプリング３１で支持しているので、アクチュエータでサイド定盤７の自重を支えた場合のように駆動に伴う熱が生じることを防止できる。
また、本実施の形態では、コイルスプリング３１が三角形の頂点を成す３点に配置されているので、サイド定盤７を平面的に安定して支持することも可能になる。
図８乃至図１１は、本発明のステージ装置および露光装置の第２の実施形態を示す図である。これらの図において、図１乃至図７に示す第１の実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。第２の実施の形態と上記の第１の実施の形態とが異なる点は、サイド定盤７をＺ方向に駆動するアクチュエータを設けたことである。
図８に示すように、本実施の形態では、ボイスコイルモータ等のアクチュエータ（第３駆動装置）４９がサイド定盤７とベースプレートＢＰとの間に設けられている。アクチュエータ４９は、図９に示すように、コイルスプリング３１と対となるように当該コイルスプリング３１の近傍にＸ方向に隣り合って、且つコイルスプリング３１と同様に、三角形の頂点を成す３カ所に配置され、主制御装置（制御装置）５０の制御によりサイド定盤７をＺ方向に駆動する構成となっている（図１０参照）。アクチュエータ４９は、その駆動を停止した際に、サイド定盤７に対して移動自在となるように連結・接続される。また、コイルスプリング３１は、カウンターマス６５の移動に伴う重心移動に対する剛性を考慮することなく、単にサイド定盤７の自重を支持できる程度の比較的低いバネ定数に設定される。
また、本実施形態では、サイド定盤７のＺ方向の位置を検出する位置センサ７８（図８では図示せず、図１０参照）が設けられており、その検出結果が主制御装置５０に出力される構成になっている。主制御装置５０は、位置センサ７７、７８の検出結果に基づいてアクチュエータ４９の駆動を制御する。
他の構成は、上記第１の実施形態と同様である。
上記の構成では、露光装置１０の通常稼働時にはサイド定盤７の自重はコイルスプリング３１によって支持され、移動ステージ１Ａ、１Ｂの移動に伴うカウンターマス６５の移動については、カウンターマス６５の重心移動に伴うサイド定盤７の重心移動を補正するために、ウエハステージ定盤２２の位置にサイド定盤７が追従するように主制御装置５０がアクチュエータ４９を駆動させる。従って、常時アクチュエータ４９を駆動する必要がなくなり、駆動に伴う発熱を抑制することが可能になる。
一方、防振ユニット２９が機能停止状態や暴走状態に陥った場合も、通常稼働時と同様に、位置センサ７７、７８の検出結果（の差分）に応じてアクチュエータ４９を駆動し、サイド定盤７をウエハステージ定盤２２に位置追従させることで、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５との接触を回避することができる。それとは逆に、アクチュエータ４９が機能停止状態や暴走状態に陥った場合、主制御装置５０はアクチュエータ４９の電源をオフにしてその駆動を停止させ、コイルスプリング３１のみでサイド定盤７を支持させる。この場合、サイド定盤７は解除装置４５（すなわちストッパー用アーム４６と軸部材４７）により、所定距離（Ｌ２−Ｌ１）以上離間しないように拘束されるため、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５との接触を回避することができる。上記の動作は、防振ユニット２９及びアクチュエータ４９の双方が機能停止状態や暴走状態に陥った場合も同様である。
上記第１の実施形態では、カウンターマス６５の重心移動にも耐え得るようにコイルスプリング３１のバネ定数を比較的大きく設定したため、解除装置４５によってコイルスプリング３１の付勢力に抗してサイド定盤７をウエハステージ定盤２２に位置追従させる際に、付勢力が大きいためにウエハステージ定盤２２の方がねじ曲げられて歪む虞があった。しかし、本実施の形態では、上記第１の実施形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、アクチュエータ４９がカウンターマス６５の重心移動を補うことでコイルスプリング３１のバネ定数を低く抑えることができるので、独立状態の解除時にウエハステージ定盤２２を歪ませる力を大幅に小さくすることができる。
上記第２の実施形態では、対となるコイルスプリング３１とアクチュエータ４９とが隣り合う配置としたが、実際にはアクチュエータ４９の駆動を制御には同軸上に配置することが好ましい。これを実現する構成としては、例えば図１１に示すように、弾性部材としてのベローズ管５１内に、第３駆動装置としてＺ方向駆動用のＡＣサーボモータ５２及びボールネジ機構５３を設ける構成を採用できる。この場合、その駆動を停止した際に、サイド定盤７がＺ方向に移動自在となるようにネジ部のリードを大きく設定することが好ましい。ボールネジ機構の代わりにギア構造とすることも可能である。
また、上記第２の実施形態では、位置センサ７７、７８の計測結果の差分によりアクチュエータ４９を駆動する構成としたが、Ｙ可動子６４Ａ、６４Ｂと固定子６５との間のギャップ量を計測するセンサを設け、このセンサの計測結果に基づいてアクチュエータ４９を駆動する構成としてもよい。
上記実施の形態において、ストッパー用アーム４６をウエハステージ定盤２２に設け、軸部材４７をサイド定盤７に設ける構成としたが、これとは逆にストッパー用アーム４６をサイド定盤７に設け、軸部材４７をウエハステージ定盤２２に設ける構成としてもよい。この場合も、軸部材４７はＸ方向に沿って２カ所（複数）設けられることが望ましい。また、防振ユニット２９やコイルスプリング３１の数は、３カ所に限定するものではなく、一直線上に配置しなければ４カ所以上配置する構成であってもよい。さらに、サイド定盤７の自重を支持する弾性部材としては、コイルスプリングのみならず、空気バネやエアシリンダ等も使用することができる。なお、アクチュエータ４９としては、ボイスコイルモータやリニアモータを用いることができる。
上記実施の形態においては、移動ステージが２基設けられた、いわゆるダブルステージ型の例を用いたが、これに限定されるものではなく、移動ステージが１基や、３基以上設けられる構成であってもよい。また、上記実施の形態では、本発明のステージ装置を露光装置１０のウエハステージＷＳＴに適用する構成としたが、これに限られず、レチクルステージＲＳＴにも適用可能である。この場合、レチクルステージ用サイド定盤はウエハステージ用サイド定盤と分離して設けても、同一のコラム等で一体的に支持する構成としてもよい。さらに、上記実施の形態では、本発明のステージ装置を露光装置のウエハステージに適用した構成としたが、露光装置以外にも転写マスクの描画装置、マスクパターンの位置座標測定装置等の精密測定機器にも適用可能である。
本実施の形態の基板としては、半導体デバイス用の半導体ウエハＷ、Ｗ１、Ｗ２のみならず、液晶ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。
露光装置１０としては、レチクルＲとウエハＷとを同期移動してレチクルＲのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニング・ステッパー；ＵＳＰ５，４７３，４１０）の他に、レチクルＲとウエハＷとを静止した状態でレチクルＲのパターンを露光し、ウエハＷを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパー）にも適用することができる。また、本発明はウエハＷ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。
露光装置１０の種類としては、ウエハＷに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。
また、不図示の露光用光源として、超高圧水銀ランプから発生する輝線（ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０４．ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）、Ａｒ２レーザ（１２６ｎｍ）のみならず、電子線やイオンビームなどの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。また、ＹＡＧレーザや半導体レーザ等の高調波などを用いてもよい。
例えば、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウム（Ｙｂ）の両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、かつ非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を露光光として用いてもよい。なお、単一波長レーザの発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内とすると、１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、即ちＦ２レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。
また、レーザプラズマ光源、又はＳＯＲから発生する波長５〜５０ｎｍ程度の軟Ｘ線領域、例えば波長１３．４ｎｍ、又は１１．５ｎｍのＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｏｌｅｔ）光を露光光として用いてもよく、ＥＵＶ露光装置では反射型レチクルが用いられ、かつ投影光学系が複数枚（例えば３〜６枚程度）の反射光学素子（ミラー）のみからなる縮小系となっている。
投影光学系ＰＬの倍率は、縮小系のみならず等倍系および拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系ＰＬとしては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ２レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系にし（レチクルＲも反射型タイプのものを用いる）、また電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は、真空状態にすることはいうまでもない。
ウエハステージＷＳＴやレチクルステージＲＳＴにリニアモータ（ＵＳＰ５，６２３，８５３またはＵＳＰ５，５２８，１１８参照）を用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、各ステージＷＳＴ、ＲＳＴは、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。また、Ｙモータ６１Ａ、６１ＢやＸモータ６２Ａ、６２Ｂにおいても、ガイドを設けても設けなくとも、どちらでもよい。
各ステージＷＳＴ、ＲＳＴの駆動機構としては、二次元に磁石を配置した磁石ユニット（永久磁石）と、二次元にコイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力により各ステージＷＳＴ、ＲＳＴを駆動する平面モータを用いてもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一方をステージＷＳＴ、ＲＳＴに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットとの他方をステージＷＳＴ、ＲＳＴの移動面側（ベース）に設ければよい。
以上のように、本願実施形態の露光装置１０は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図１２に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、シリコン材料からウエハを製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光する露光処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
産業上の利用の可能性
本発明のステージ装置では、固定子を支持する支持部がベースと独立して設けられているため、ステージ本体の移動に伴う反力で固定子が移動した場合でも、固定子の移動に起因する歪みエネルギや振動がベースに伝わることを防止できる。また、不測の事態が生じて、ベースと支持部との第１方向の相対変位が大きくなった場合には、ベースと支持部との独立状態が解除されて従属状態になるため、固定子と可動子との間のギャップが所定以上に小さくなり接触して破損することを防止できる。そのため、固定子と可動子との間のギャップを必要以上に大きくして第１駆動装置の推力が低下したり、ベースを第１方向に駆動するための第２駆動装置のストロークを抑えて防振性能が低下することがなく、ステージ本体の移動による反力の処理が行える。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る露光装置の全体構成を示す概略図である。
図２は、本発明に係るウエハステージの外観の斜視図である。
図３は、防振ユニット、コイルスプリングの配置を示す平面図である。
図４は、本発明の第１の実施形態に係るウエハステージの概略構成図である。
図５は、ウエハステージを構成する解除装置の拡大図である。
図６は、同解除装置の側断面図である。
図７は、第１の実施形態における制御のブロック図である。
図８は、本発明の第２の実施形態に係るウエハステージの概略図である。
図９は、防振ユニット、コイルスプリング、アクチュエータの配置を示す平面図である。
図１０は、第２の実施形態における制御ブロック図である。
図１１は、弾性部材及び第３駆動装置の別の形態を示す図である。
図１２は、半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。
図１３Ａおよび図１３Ｂは、従来のステージ装置の一例を示し、図１３Ａは平面図、図１３Ｂは正面図である。
図１４は、従来のステージ装置の別の例を示す正面図である。
図１５は、従来のステージ装置の別の例を示す正面図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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