(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の平面内を移動する第１移動体と；
前記第１移動体を前記所定の平面内で駆動する第１駆動系と；
前記第１移動体に対して相対移動する第２移動体と；
前記第２移動体の、前記所定の平面に直交する方向に所定距離隔てた少なくとも２つの部分に、前記所定の平面に平行な第１軸方向の推力を作用させる第２駆動系と；
前記第２移動体の、前記所定の平面に直交する方向に所定距離隔てた少なくとも２つの部分に、前記所定の平面に平行で、前記第１軸方向に直交する第２軸方向に推力を作用させる第３駆動系と；を備えるステージ装置。
【請求項２】
前記第２移動体の異なる３つの部分に、前記所定の平面と直交する方向に推力を作用させる第４駆動系を更に備える請求項１に記載のステージ装置。
【請求項３】
前記第１駆動系は、前記第２移動体が前記第１軸方向へ移動する際に、前記第１移動体に、前記第２移動体の移動方向と同方向の初速を与える請求項１又は２に記載のステージ装置。
【請求項４】
前記第１駆動系は、前記第２移動体の移動開始以前のタイミングで、前記第１移動体に前記初速を与える請求項３に記載のステージ装置。
【請求項５】
前記初速は、前記第１移動体の質量と前記第２移動体の質量とに基づいて設定される請求項３又は４に記載のステージ装置。
【請求項６】
前記第３駆動系は、前記第２移動体の位置が、前記第１軸方向に関して変化していないときに、前記第２移動体と前記第１移動体とを前記第２軸方向に相対移動させる請求項５に記載のステージ装置。
【請求項７】
前記第２駆動系は、前記第１移動体が前記第１軸方向へ移動する際に、前記第２移動体を、前記第１軸方向に沿って、前記第１移動体に対して該第１移動体の質量と前記第２移動体の質量とに基づいて設定される距離だけオフセットして位置決めする請求項３〜６のいずれか一項に記載のステージ装置。
【請求項８】
前記第１駆動系は平面モータを含む請求項１〜７のいずれか一項に記載のステージ装置。
【請求項９】
前記第２移動体の自重は前記第１移動体に支持されている請求項１〜８のいずれか一項に記載のステージ装置。
【請求項１０】
パターンを物体に転写する露光装置であって、
前記物体を前記第２移動体上に保持する請求項１〜９のいずれか一項に記載のステージ装置を備える露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステージ装置及び露光装置に係り、さらに詳しくは、物体を移動するステージ装置、及びパターンを物体に転写する露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）の製造におけるリソグラフィ工程では、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）、又はステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが比較的多く用いられている。
【０００３】
この種の露光装置は、平面モータ等によって２次元面内で駆動される粗動ステージと、感光物体を保持して該粗動ステージに移動可能に設けられた微動ステージとを有するステージ装置が用いられている。そして、ステージ装置では、微動ステージに保持された感光物体を、照明光の照明位置に精度よく位置決めするとともに、投影光学系の像面と感光物体の表面とを合致させるために、微動ステージを水平面に平行で相互に異なる２軸と、この２軸に直交する光軸（フォーカス方向）の３軸方向に移動するとともに、これらの３つの軸回りに回動する必要がある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、上述したステージ装置に用いられる平面モータなどの駆動装置は、複数のコイルを有する電機子ユニットと複数の磁石を有する磁石ユニットを備えているため、電機子ユニットを構成するコイルに電流が供給されることによりコイルが発熱するおそれがある。このコイルの発熱は、露光精度を低下させる要因となるため、何らかの対策を講じる必要もある。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，９２７，５０５号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の事情の下でなされたもので、第１の観点からすると、所定の平面内を移動する第１移動体と；前記第１移動体を前記所定の平面内で駆動する第１駆動系と；前記第１移動体に対して相対移動する第２移動体と；前記第２移動体の、前記所定の平面に直交する方向に所定距離隔てた少なくとも２つの部分に、前記所定の平面に平行な第１軸方向の推力を作用させる第２駆動系と；前記第２移動体の、前記所定の平面に直交する方向に所定距離隔てた少なくとも２つの部分に、前記所定の平面に平行で、前記第１軸方向に直交する第２軸方向に推力を作用させる第３駆動系と；を備えるステージ装置である。
【０００７】
また、本発明は第２の観点からすると、パターンを物体に転写する露光装置であって、前記物体を保持する本発明のステージ装置を備える露光装置である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１５に基づいて説明する。
【０００９】
図１には、本実施形態に係る露光装置１０の概略構成が示されている。この露光装置１０は、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）である。後述するように本実施形態では、投影光学系ＰＬが設けられており、以下この投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向をＺ軸方向、これに直交する面内でマスクとしてのレチクルＲと物体としてのウエハＷとが相対走査される方向をＹ軸方向、これらＺ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸に平行な軸回りの回転方向をθｘ方向、θｙ方向、θｚ方向として説明を行う。
【００１０】
この露光装置１０は、光源及び照明光学系を含み、照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲを照明する照明系１２、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影ユニットＰＵ、ウエハＷが載置されるウエハステージＷＳＴを含むウエハステージ装置１００、及びこれらの制御系を備えている。
【００１１】
前記照明系１２は、不図示のレチクルブラインドで規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域を照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ＩＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。
【００１２】
前記レチクルステージＲＳＴは、ＸＹ平面に沿って配置されたレチクルステージベース２０上に配置され、レチクルステージ駆動系１９を構成する例えば磁気浮上型２次元リニアアクチュエータが発生する磁気浮上力によってレチクルステージベース２０上に浮上支持されている。そして、このレチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが、例えば真空吸着又は静電吸着により固定されている。
【００１３】
レチクルステージＲＳＴは、レチクルステージ駆動系１９が発生する駆動力によってＹ軸方向に所定ストロークで駆動されるとともに、Ｘ軸方向及びθｚ方向にも微小量駆動され、更に、レチクルステージ駆動系１９が複数箇所で発生する磁気浮上力の調整によってＺ軸方向及びＸＹ平面に対する傾斜方向（θｘ方向及びθｙ方向）にも微小量だけ駆動可能である。
【００１４】
レチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）のＸＹ平面内の位置（θｚ回転も含む）は、レチクルステージＲＳＴに設けられた（又は形成された）反射面にレーザビームを投射するレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１８Ｒによって、例えば０．２５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。そして、レチクルＲのＺ軸方向の位置は、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書に開示される多点焦点位置検出系からなる不図示のレチクルフォーカスセンサによって計測される。
【００１５】
レチクル干渉計１８Ｒ及びレチクルフォーカスセンサの計測値は、主制御装置１１（図９参照）に供給され、該主制御装置１１は、これらの計測値に基づいて、レチクルステージ駆動系１９を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。
【００１６】
前記投影ユニットＰＵは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方に配置されている。この投影ユニットＰＵは、円筒状の鏡筒４０と、該鏡筒４０に保持された複数の光学素子から成る投影光学系ＰＬとを有している。
【００１７】
投影光学系ＰＬとしては、例えば、Ｚ軸方向と平行な光軸ＡＸに沿って配列された複数の光学素子（レンズエレメント）からなる屈折光学系が用いられている。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックで、所定の投影倍率（例えば１／４倍、１／５倍又は１／８倍など）を有する。このため、照明系１２からの照明光ＩＬによって照明領域が照明されると、投影光学系ＰＬの第１面（物体面）とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してその照明領域内のレチクルの回路パターンの縮小像（回路パターンの一部の縮小像）が、その第２面（像面）側に配置される、表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上の前記照明領域に共役な領域（露光領域）に形成される。そして、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期駆動によって、照明領域（照明光ＩＬ）に対してレチクルを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動するとともに、露光領域（照明光ＩＬ）に対してウエハＷを走査方向（Ｙ軸方向）に相対移動することで、ウエハＷ上の１つのショット領域（区画領域）の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルのパターンが転写される。すなわち、本実施形態では照明系１２、レチクルＲ及び投影光学系ＰＬによってウエハＷ上にパターンが生成され、照明光ＩＬによるウエハＷ上の感応層（レジスト層）の露光によってウエハＷ上にそのパターンが形成される。
【００１８】
前記ウエハステージ装置１００は、ベース３０、該ベース３０の上面（ＸＹ平面）に沿って移動するウエハステージＷＳＴ、該ウエハステージＷＳＴを駆動する駆動系などを備えている。
【００１９】
ベース３０は、上面側に磁石ユニット３２が埋め込まれた正方形板状の部材であり、投影ユニットＰＵの下方にほぼ水平に配置されている。前記磁石ユニット３２は、Ｚ軸方向の磁界を発生させる複数の永久磁石と、Ｙ軸方向又はＸ軸方向の磁界を発生させる補間磁石とを有している。そして、それぞれの永久磁石は、隣接する永久磁石間で磁界の向きが相互に逆向きとなるようにマトリクス状に配置されている。また、それぞれの補間磁石は、補間磁石が生じさせる磁界の向きが、隣接する永久磁石間に生じる磁界の向きと一致した状態で、隣接する永久磁石の間にそれぞれ配置されている。これにより、
磁石ユニット３２では、隣接する永久磁石間に、補間磁石を介して磁束が巡る磁気回路が形成されるようになっている。
【００２０】
上述したベース３０の上面には、磁石ユニット３２を覆うように、非磁性体から成る保護プレート３１が設けられている。この保護プレート３１は、ウエハステージＷＳＴと、磁石ユニット３２との直接的な接触を防止するとともに、ウエハステージＷＳＴの移動の際のガイド面となっている。このガイド面は、ＸＹ面内において、露光装置１０がウエハステージＷＳＴでウエハＷを移動させるときの移動領域の少なくとも一部を含むように設けられる。ただし、これに限定される訳ではなく、例えば、全移動領域が含まれるようにしてもよい。
【００２１】
図２は前記ウエハステージＷＳＴの斜視図である。図２に示されるように、ウエハステージＷＳＴは、粗動ステージＷＲＳと、粗動ステージＷＲＳ上にこの粗動ステージＷＲＳに対して移動可能に配置された微動ステージＷＦＳと、微動ステージＷＦＳに支持されるウエハテーブル４２とを有している。
【００２２】
図３は、一部断面されたウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に向かって見た図であり、図４は、一部断面されたウエハステージＷＳＴを−Ｘ方向へ向かって見た図である。これら図３及び図４を参照するとわかるように、粗動ステージＷＲＳは、正方形板状のベース部５１、及びベース部５１上面の＋Ｙ側端部及び−Ｙ側端部から上方（＋Ｚ方向）へ延設された一対の支持部５２の２部分からなるＺＹ断面Ｕ字状の部材である。
【００２３】
前記ベース部５１の下面側（−Ｚ側の面側）には、電機子ユニット５８が設けられている。電機子ユニット５８は、供給される電流の大きさに応じたＺ軸方向の磁界を発生させる複数のコイルを含んで構成されており、この電機子ユニット５８と、上述したベース３０に設けられた磁石ユニット３２とで、粗動ステージＷＲＳを、ベース３０の上面に設けられた保護プレート３１の上面で駆動する平面モータ（ＸＹ駆動系）が構成されている。なお、ベース３０は、前記平面モータの磁石ユニット３２が設けられており、ウエハステージＷＳＴがベース３０上を移動する際に生じる反力を受けることになる。そこで、ベース３０がその反力をキャンセルするためのカウンタマスとして機能するように構成してもよい。例えば、ベース３０を、図示していない防振機構で支持するとともに、この防振機構に対してＸ軸方向及びＹ軸方向に相対移動できるように構成する。そして、ウエハステージＷＳＴがベース３０上を移動する際に生じる反力は、ベース３０がその反力をキャンセルル方向にＸＹ平面内で移動することで打ち消されるようにする。その際、例えば、ベース３０のＸＹ平面内での位置を調整するトリムモータ等を設けておき、ベース３０の位置を測定した結果に基づいて前記トリムモータを駆動するようにしてもよい。
【００２４】
また、粗動ステージＷＲＳの一対の支持部５２の間には、長手方向をＹ軸方向とする４本のガイド５４それぞれが、＋Ｙ側端部及び−Ｙ側端部を一対の支持部５２によってそれぞれ支持されることで、Ｚ軸方向及びＸ軸方向にそれぞれ隣接した状態で架設されている。
【００２５】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照するとわかるように、ガイド５４の内部の−Ｘ側には、上下方向に重ねて配置された平面視（上方から見て）正方形の上部巻線５５ａと下部巻線５５ｂを有する複数の固定子コイル５５が、Ｙ軸に沿って等間隔に配置されている。また、ガイド５４の内部の＋Ｘ側には、平面視長方形の固定子コイル５６が、Ｙ軸方向を長手方向として配置されている。なお、図５は、図３及び図４に示される４本のガイド５４のうちの１本を示すものである。以下の図６、図７、図８を用いた説明では、１本のガイド部材について説明するが、例えばガイド５４に設けられる固定子コイル５５、５６の構成やその構成に伴う力の発生原理は各ガイド５４に共通するものである。そして、４本のガイド５４を配置する際は、各々が有する固定子コイル５５、５６が、微動ステージＷＦＳの中心Ｃ（重心でもよい）に対して図３のような断面において点対称となるように配置されている。ただし、このような配置に限定されることはなく、例えば、図面左右または上下のガイド５４の２組ずつが線対称となるように配置してもよい。
【００２６】
前記微動ステージＷＦＳは、図３及び図４を参照するとわかるように、長手方向をＹ軸方向とする直方体状の部材であり、＋Ｙ側から−Ｙ側に貫通する４つの開口部６０Ａ,６０Ｂ,６０Ｃ,６０ＤがＺ軸方向及びＸ軸方向にそれぞれ隣接した状態で形成されている。そして、開口部６０Ａ〜６０Ｄそれぞれの上下に対向する面のうち、上側の面には長手方向をＹ軸方向とする磁極ユニット６１Ａ，６３ＡがＸ軸方向に隣接してそれぞれ固定され、下側の面には長手方向をＹ軸方向とする磁極ユニット６１Ｂ，６３ＢがＸ軸方向に隣接してそれぞれ固定されている。
【００２７】
微動ステージＷＦＳは、４つの開口部６０Ａ〜６０Ｄそれぞれに、ガイド５４が挿入された状態で粗動ステージＷＲＳに対して装着されている。また、粗動ステージＷＲＳに装着された微動ステージＷＦＳの自重は、支持装置（自重キャンセラ）６０によって粗動ステージＷＲＳに設けられたベース部５１の上面に支持されている。これにより、４本のガイド５４と磁極ユニット６１Ａ,６１Ｂ，６３Ａ，６３Ｂそれぞれと微動ステージＷＦＳが干渉しないようになっている。
【００２８】
前記ウエハテーブル４２は、下面が微動ステージＷＦＳの上面に固定され、上面には例えば不図示のウエハホルダを介してウエハＷが静電吸着又は真空吸着される。また、ウエハテーブル４２の上面には、不図示の基準マーク板が、その表面がウエハＷと同一高さとなる状態で固定されている。この基準マーク板の表面には、少なくとも一対のレチクルアライメント用の第１基準マークと、これらの第１基準マークに対して既知の位置関係にあるオフアクシスアライメント系のベースライン計測用の第２基準マークなどが形成されている。さらに、ウエハテーブル４２の＋Ｙ側の側面と−Ｘ側の側面は鏡面加工によって反射面がそれぞれ形成されている。
【００２９】
次に、粗動ステージＷＲＳに対する微動ステージＷＦＳの相対動作について説明する。上述のように粗動ステージＷＲＳに微動ステージＷＦＳが装着されたときには、例えば図３に示されるように、ガイド５４の上方に磁極ユニット６１Ａ,６３Ａがそれぞれ位置し、ガイド５４の下方に磁極ユニット６１Ｂ，６３Ｂがそれぞれ位置している。また、この状態のときには、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示されるように、磁極ユニット６１Ａ，６１Ｂは、ガイド５４の内部に設けられた固定子コイル５５を介して対向した状態となっている。そして、図６（Ｂ）に示されるように、磁極ユニット６３Ａ，６３Ｂは、ガイド５４の内部に設けられた固定子コイル５６を介して対向した状態となっている。
【００３０】
磁極ユニット６１Ａ，６１Ｂそれぞれは、Ｙ軸に沿って等間隔で配列された複数の永久磁石６２を有している。これらの永久磁石６２は、上面側（＋Ｚ側）及び下面側（−Ｚ側）がＮ極又はＳ極となっている。そして、隣接する永久磁石６２同士では極性が逆となるようにＹ軸方向に等間隔に配列され、磁極ユニット６１Ａ,６１Ｂ間では相互に異なる磁極が対向した状態となっている。これにより、磁極ユニット６１Ａと磁極ユニット６１Ｂに挟まれた空間には、Ｙ軸方向に相互に向きが反対の磁界が形成される。以下、上面側がＮ極となった永久磁石６２を永久磁石６２Ｎと表し、上面側がＳ極となった永久磁石６２を永久磁石６２Ｓと表すものとする。
【００３１】
本実施形態では、図７（Ａ）に示されるように、いずれかの永久磁石６２の中心が、例えば固定子コイル５５２の中心と一致したときに、この固定子コイル５５２に隣接する固定子コイル５５１，５５３にそれぞれ設けられた巻線５５ａ，５５ｂの＋Ｙ側及び−Ｙ側の電線の上方及び下方に、相互に隣接する永久磁石６２Ｎ，６２Ｓがそれぞれ位置するようになっている。
【００３２】
したがって、一例として図７（Ａ）に示される固定子コイル５５２のように、中心の位置が永久磁石６２Ｎの直下に位置する固定子コイル５５の上部巻線５５ａにＺ軸に対して右回りの電流を供給することで固定子コイル５５の上方にＮ極を形成し、また、下部巻線５５ｂにＺ軸に対して左回りの電流を供給することで固定子コイル５５の下方にＮ極を形成する。これにより、固定子コイル５５と磁極ユニット６１Ａとの間で吸引力を発生させ、固定子コイル５５と磁極ユニット６１Ｂとの間で反発力を発生させることができる。この力は微動ステージＷＦＳに対して下向きの推力として作用するため、微動ステージＷＦＳを粗動ステージＷＲＳに対して方（−Ｚ方向）に相対移動させることができる。
【００３３】
同様に中心の位置が永久磁石６２Ｎの直下に位置する固定子コイル５５の上部巻線５５ａにＺ軸に対して左回りの電流を供給することで固定子コイル５５の上方にＳ極を形成し、また、下部巻線５５ｂにＺ軸に対して右回りの電流を供給することで固定子コイル５５の下方にＳ極を形成する。これにより、固定子コイル５５と磁極ユニット６１Ａとの間で反発力を発生させ、固定子コイル５５と磁極ユニット６１Ｂとの間で吸引力を発生させることができる。この力は微動ステージＷＦＳに対して上向きの推力として作用するため、微動ステージＷＦＳを粗動ステージＷＲＳに対して上方（＋Ｚ方向）に相対移動させることができる。
【００３４】
また、一例として図７（Ｂ）に示される固定子コイル５５１，５５３のように、各巻線５５ａ，５５ｂの＋Ｙ側及び−Ｙ側の電線が、相互に隣接する永久磁石６２Ｓ，６２Ｎの直下に位置する固定子コイル５５の各巻線５５ａ，５５ｂに、それぞれＺ軸に対して右回りの電流を供給することで、各巻線５５ａ,５５ｂの電線に−Ｙ方向の力（ローレンツ力）を作用させ、永久磁石６２に＋Ｙ方向の力を作用させることができる。永久磁石６２に作用する力は微動ステージＷＦＳに対して＋Ｙ方向の推力として作用するため、微動ステージＷＦＳを粗動ステージＷＲＳに対して＋Ｙ方向に相対移動させることができる。
【００３５】
同様に各巻線５５ａ，５５ｂの＋Ｙ側及び−Ｙ側の電線が、相互に隣接する永久磁石６２Ｓ，６２Ｎの直下に位置する固定子コイル５５の各巻線５５ａ，５５ｂに、それぞれＺ軸に対して左回りの電流を供給することで、各巻線５５ａ,５５ｂの電線に＋Ｙ方向の力を作用させ、永久磁石６２に−Ｙ方向の力を作用させることができる。永久磁石６２に作用する力は微動ステージＷＦＳに対して−Ｙ方向の推力として作用するため、微動ステージＷＦＳを粗動ステージＷＲＳに対して−Ｙ方向に相対移動させることができる。
【００３６】
また、磁極ユニット６３Ａ，６３Ｂそれぞれは、図６（Ｂ）を参酌するとわかるように、Ｙ軸に沿って等間隔で配列された複数の永久磁石６４を有している。これらの永久磁石６４は永久磁石６２と同等の構成を有しているが、それぞれの永久磁石６４は上面側がＮ極となるようにＹ軸方向に配列されている。これにより、磁極ユニット６３Ａと磁極ユニット６３Ｂに挟まれた空間には、上向きの磁界が形成される。
【００３７】
したがって、一例として図８に示されるように、固定子コイル５６にＺ軸対して右回りの電流を供給することで、固定子コイル５６の巻線に＋Ｘ方向の力を作用させ、永久磁石６４に−Ｘ方向の力を作用させることができる。永久磁石６４に作用する力は微動ステージＷＦＳに対して−Ｘ方向の推力として作用するため、微動ステージＷＦＳを粗動ステージＷＲＳに対して−Ｘ方向に相対移動させることができる。
【００３８】
同様に、固定子コイル５６にＺ軸対して左回りの電流を供給することで、固定子コイル５６の巻線に−Ｘ方向の力を作用させ、永久磁石６４に＋Ｘ方向の力を作用させることができる。永久磁石６４に作用する力は微動ステージＷＦＳに対して＋Ｘ方向の推力として作用するため、微動ステージＷＦＳを粗動ステージＷＲＳに対して＋Ｘ方向に相対移動させることができる。
【００３９】
以上の説明から明らかなように、本実施形態のウエハステージ装置１００では、ベース３０に設けられた磁石ユニット３２と、粗動ステージＷＲＳに設けられた電機子ユニット５８とで、ウエハステージＷＳＴをＸＹ平面内で駆動するＸＹ駆動系（平面モータ）ＸＹＭが構成されている。また、本実施形態のウエハステージＷＳＴでは、微動ステージＷＦＳの開口部６０Ａ〜６０Ｄそれぞれに挿入されたガイド５４に設けられたコイル５５と、開口部６０Ａ〜６０Ｄそれぞれに設けられた磁極ユニット６１Ａ，６１Ｂとで、微動ステージＷＦＳを粗動ステージＷＲＳに対してＹ軸方向及びＺ軸方向に相対移動する４つのＹＺ駆動系ＹＺ１，ＹＺ２，ＹＺ３，ＹＺ４（各々図９参照）が構成されている。また、微動ステージＷＦＳの開口部６０Ａ〜６０Ｄそれぞれに挿入されたガイド５４に設けられたコイル５６と、開口部６０Ａ〜６０Ｄそれぞれに設けられた磁極ユニット６３Ａ，６３Ｂとで、微動ステージＷＦＳを粗動ステージＷＲＳに対してＸ軸方向に相対移動する４つのＸ駆動系Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４（各々図９参照）が構成されている。
【００４０】
これにより、ウエハステージ装置１００では、微動ステージＷＦＳを粗動ステージＷＲＳに対して３軸方向に移動させるだけではなく、ＹＺ駆動系ＹＺ１〜ＹＺ４の固定子コイル５５のうちのＸＹ平面内の位置が異なる３つ以上の固定子コイル５５を選択して、微動ステージＷＦＳの異なる３つ以上の部分に適当な推力を作用させることで、微動ステージＷＦＳを、Ｙ軸及びＸ軸回りに回転することができる。また、ＹＺ駆動系ＹＺ１又はＹＺ駆動系ＹＺ２と、ＹＺ駆動系ＹＺ３又はＹＺ駆動系ＹＺ４との間で、大きさが異なるＹ軸方向の推力を微動ステージＷＦＳに作用させることで、微動ステージＷＦＳをＺ軸回りに回転することができる。また、ＹＺ駆動系ＹＺ１又はＹＺ駆動系ＹＺ３と、ＹＺ駆動系ＹＺ２又はＹＺ駆動系ＹＺ４との間で、大きさが異なるＹ軸方向の推力を作用させることで、微動ステージＷＦＳをＸ軸回りに回転することができる。また、Ｘ駆動系Ｘ１又はＸ駆動系Ｘ３と、Ｘ駆動系Ｘ２又はＸ駆動系Ｘ４との間で、大きさが異なるＸ軸方向の推力を作用させることで、微動ステージＷＦＳをＹ軸回りに回転することができる。
【００４１】
図１に戻り、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置（θｚ回転も含む）は、ウエハテーブル４２の側面にレーザビームを照射するウエハレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）１８Ｗによって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。なお、レーザ干渉計１８Ｗは、Ｘ軸方向位置計測用のものとＹ軸方向位置計測用のものとがそれぞれ設けられているが、図１ではこれらが代表的にウエハ干渉計１８Ｗとして図示されている。なお、Ｘ軸方向位置計測用のレーザ干渉計及びＹ軸方向位置計測用のレーザ干渉計は、ともに測長軸を複数有する多軸干渉計であり、ウエハテーブル４２のＸ、Ｙ位置の他、回転（ヨーイング（θｚ方向の回転）、ピッチング（θｘ方向の回転）、ローリング（θｙ方向の回転））も計測可能となっている。
【００４２】
投影ユニットＰＵの鏡筒４０には、保持装置を介して前述のレチクルフォーカスセンサと同様の、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書に詳細に開示されているウエハフォーカスセンサＷＦが取り付けられている（図９参照）。そして、ウエハステージＷＳＴに保持されたウエハＷ表面のＺ軸方向の位置及び傾斜量は、ウエハフォーカスセンサＷＦによって計測される。
【００４３】
上記ウエハテーブル４２及びウエハＷに関する位置情報（又は速度情報）は、主制御装置１１に送られ、主制御装置１１は、これらの位置情報（又は速度情報）に基づいて、ＸＹ駆動系ＸＹＭ、４つのＹＺ駆動系ＹＺ１〜ＹＺ４、４つのＸ駆動系Ｘ１〜Ｘ４を介して粗動ステージＷＲＳ及び微動ステージＷＦＳの制御を行う。
【００４４】
また、露光装置１０では、図１に示されるように、投影ユニットＰＵの近傍に、オフアクシス方式のアライメント系ＡＬＧが設けられている。このアライメント系ＡＬＧとしては、例えば、ウエハ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標の像とを撮像素子（ＣＣＤ）等を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のＦＩＡ（Field Image Alignment）系のアライメントセンサが用いられている。このアライメント系ＡＬＧは、指標中心を基準とするマークの位置情報を主制御装置１１に供給する。主制御装置１１は、この供給された情報と、ウエハ干渉計１８Ｗの計測値とに基づいて、検出対象のマーク、具体的には基準マーク板上の第２基準マーク又はウエハ上のアライメントマークのウエハ干渉計１８Ｗの測長軸で規定されるステージ座標系上における位置情報を計測するようになっている。
【００４５】
図９は、本実施形態の露光装置１０のステージ制御に関連する制御系を一部省略して示すブロック図である。この図９の制御系は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含んで構成され、装置全体を統括して制御する制御装置としての主制御装置１１を中心として構成されている。
【００４６】
次に、本実施形態の露光装置１０で行われるウエハＷに対する露光工程について、主制御装置１１のアルゴリズムを示す図１０のフローチャートに従って説明する。また、前提として、レチクルＲはレチクルステージＲＳＴによって保持され、ウエハＷはウエハステージＷＳＴの微動ステージＷＦＳによって保持されているものとする。
【００４７】
図１１は、ウエハＷ上に形成されるＩ行Ｊ列（Ｉ，Ｊはともに奇数とする）のショット領域Ｓｉ，ｊを示す図である。そして、図１１に示される実線は、ステップ・アンド・スキャン方式による露光を行った際の、照明領域に共役なウエハ上の照射領域の中心の経路を示している。露光装置１０では、図１１に示されるショット領域Ｓｉ，ｊに対して、実線で示される経路に従ったパターンの転写が行われるものとする。なお、実際には、ウエハ上の照射領域が固定されており、ウエハＷが、実線の軌跡とは反対向きに移動するのであるが、図１１では、理解を容易にするためウエハ上の照明光の照射領域が移動するかのような表現を採用している。
【００４８】
まず、図１０のステップ１０２において、通常のスキャニング・ステッパと同様に、レチクルアライメント及びアライメント系ＡＬＧのベースライン計測を実行する。
【００４９】
次のステップ１０４では、ウエハステージＷＳＴの微動ステージＷＦＳ上にロードされているウエハＷに対し、アライメント系ＡＬＧを用いたウエハアライメント、例えば米国特許第４，７８０，６１７号明細書に開示されるＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）を実行し、ウエハＷ上の各ショット領域の配列座標、すなわちウエハステージ座標系上における各ショット領域の中心の位置座標を算出し、不図示のＲＡＭなどのメモリに記憶する。なお、ＥＧＡそのものは、通常と同様の手順により実行されるので、詳細説明は省略する。
【００５０】
次のステップ１０６では、ウエハＷ上のショット領域の行番号を示すカウンタのカウント値Ｎを１に初期化する。
【００５１】
次にステップ１０８では、ウエハアライメントの結果及び前述のベースラインの計測結果に基づいて、ウエハ干渉計１８Ｗの計測値をモニタしつつ、ウエハＷ上の１行目のショット領域Ｓi,jの最初のショット領域であるショット領域Ｓ1,1の露光のための加速開始位置に、ウエハＷを位置決めする。図１１に示されるように、１行目の奇数番目のショット領域Ｓでは、ウエハＷは−Ｙ方向に駆動され、偶数番目のショット領域では、ウエハＷは＋Ｙ方向へ駆動される。したがって、１行目のショット領域Ｓの露光を行う際には、図１２（Ａ）に示されるように、予めＹＺ駆動系ＹＺ１〜ＹＺ４を介して微動ステージＷＦＳを粗動ステージＷＲＳに対して＋Ｙ方向に相対移動した状態とし、この状態で、ＸＹ駆動系ＸＹＭ（平面モータ）を介して粗動ステージＷＲＳを駆動して、ウエハＷをショット領域Ｓ1,1の加速開始位置Ｓ１へ位置決めする。
【００５２】
次のステップ１１０では、ＸＹ駆動系ＸＹＭを介して粗動ステージＷＲＳに力積Ｆｔを与える。力積Ｆｔにおける力の向きは＋Ｘ方向である。そして、微動ステージＷＦＳの質量をｍ、粗動ステージＷＲＳの質量をＭ、ステッピング方向（Ｘ軸方向）に関する隣接するショット領域の中心同士の間隔（すなわち、後述するステップ移動動作時のステップ距離）をＤｘ、あるショットの露光終了時刻からＸ軸方向に隣接する次のショット領域の露光終了時刻までの時間をＴとすると、力積Ｆｔは（Ｍ＋ｍ）・Ｄｘ／Ｔとして定められる。
【００５３】
この力積Ｆｔの作用により、粗動ステージＷＲＳには、Ｘ軸方向（ステップ方向）の初速ｖ0＝（Ｍ＋ｍ）・Ｄｘ／Ｔ／Ｍが付与される。本実施形態の場合、微動ステージＷＦＳと粗動ステージＷＲＳとを含む系の運動量はほぼ保存されると考えて差し支えないので、これ以後、微動ステージＷＦＳと粗動ステージＷＲＳとを含むウエハステージＷＳＴは、外力の作用に起因する運動量に比べて、Ｘ軸方向にｖ0・Ｍ＝Ｆｔだけ大きな運動量を持つことになる。
【００５４】
上記の力積が付与されると、ステップ１１２において、以下の手順ａ〜ｅ、１行目のショット領域Ｓｉ,ｊに対する走査露光が行われる。
【００５５】
ａ．  レチクルステージＲＳＴの＋Ｙ方向の加速と、ＹＺ駆動系ＹＺ１〜ＹＺ４による微動ステージＷＦＳの−Ｙ方向の加速を開始する。微動ステージＷＦＳの走査方向は、図１１からもわかるように、奇数行目の奇数列のショット領域及び偶数行目の偶数列のショット領域の露光の際には−Ｙ方向となる。そして、奇数行目の偶数列のショット領域及び偶数行目の奇数列のショット領域の露光の際には＋Ｙ方向となる。露光装置１０では、加速が開始された微動ステージＷＦＳは、ＹＺ駆動系ＹＺ１〜ＹＺ４により粗動ステージＷＲＳに対してＹ軸方向に相対移動され、粗動ステージＷＲＳは、微動ステージＷＦＳの移動開始に伴う反力により微動ステージＷＦＳの移動方向とは逆の方向へ移動される。なお、粗動ステージＷＲＳは力積Ｆｔが付与されたことによりＸ軸方向に移動しているため、ショット領域のスキャン動作中は、Ｘ駆動系Ｘ１〜Ｘ４によって微動ステージＷＦＳが粗動ステージＷＲＳに対してＸ軸方向に移動されることで、微動ステージＷＦＳのＸ軸方向の位置が一定となるように制御される（図１３参照）。詳細については後述する。
【００５６】
ｂ．  加速位置での加速開始から所定の加速時間（Ｔ１とする）が経過すると、レチクルステージＲＳＴ、微動ステージＷＦＳがそれぞれの目標走査速度にほぼ達し、さらに整定時間（Ｔ２とする）が経過すると、レチクルステージＲＳＴと微動ステージＷＦＳとが等速同期状態に達し、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。
ｃ．  そして、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、上記の露光開始から所定の露光時間（Ｔ３とする）が経過すると、パターン領域全面に対する照明が完了し、これにより、ウエハＷ上のショット領域Ｓi,j、この場合ショット領域Ｓ1,1に対する走査露光が終了し、レチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上のショット領域Ｓi,j、この場合ショット領域Ｓ1,1に縮小転写される。
ｄ．  上記のショット領域Ｓi,jの走査露光が終了した時刻から所定の等速オーバースキャン時間（Ｔ４＝Ｔ２とする）の間、レチクルステージＲＳＴと微動ステージＷＦＳとは、走査露光時と同一の速度を維持したままオーバースキャンを行った後、減速を開始し、その減速開始から減速時間（Ｔ５＝Ｔ１とする）が経過した時刻でレチクルステージＲＳＴ、及び微動ステージＷＦＳは停止する。これにより、ウエハＷ上のショット領域Ｓi,j、この場合ショット領域Ｓ1,1の露光のための両ステージＲＳＴ、微動ステージＷＦＳの相対走査が終了する。
【００５７】
すなわち、本実施形態では、走査時間Ｔscan＝２×Ｔ１＋２×Ｔ２＋Ｔ３の間、レチクルステージＲＳＴと微動ステージＷＦＳとはＹ軸方向に関して相互に逆向きに相対走査される。また、露光装置１０では、例えばショット領域Ｓｉ,ｊをスキャンする場合には、それぞれのショット領域Ｓの加速開始位置では粗動ステージＷＲＳのＹ軸方向の速度ＶＹＲと微動ステージＷＦＳのＹ軸方向の速度ＶＹＦが零となる。そして、図１２（Ｂ）に示されるように、ＹＺ駆動系ＹＺ１〜ＹＺ４駆動系による推力ｆｙと、この推力と逆向きに生じる反力ｆｙ’によって、微動ステージＷＦＳと粗動ステージＷＲＳはそれぞれ逆向きに加速され、ショット領域Ｓｉ,ｊのスキャン時には、粗動ステージＷＲＳ及び微動ステージＷＦＳは等速でそれぞれＹ軸に沿って逆向きに移動する。ショット領域Ｓｉ,ｊのスキャンが終了した時には、図１２（Ｃ）に示されるように微動ステージＷＦＳは、粗動ステージＷＲＳに対して、−Ｙ側に相対移動した位置で停止した状態となっている。
【００５８】
ｅ． 前ショット領域Ｓのスキャンが終了したら、Ｘ駆動系Ｘ１〜Ｘ４を介して粗動ステージＷＲＳに対して微動ステージＷＦＳをＸ軸方向に相対移動することによりウエハＷをステッピング距離Ｄｘだけ移動させ、該ウエハＷを図１１に示される次のショット領域Ｓ１，２の加速開始位置Ｓ２に位置決めする。
【００５９】
ショット領域Ｓ１，２においても同様に、微動ステージＷＦＳをＸ駆動系Ｘ１〜Ｘ４を介して粗動ステージＷＲＳに対して相対移動して、ウエハＷのＸ軸方向の位置を一定に維持しつつ、微動ステージＷＳＴと粗動ステージＷＲＳとをＹ軸方向に相対移動することで露光処理を行う。そして、以降ショット領域Ｓ１，３、Ｓ１，４…に対して、ショット領域Ｓ１，１、又はＳ１，２での処理と同様な露光処理を繰り返すことで１行目のショット領域Ｓの露光を完了させる（Ｓ１，１〜Ｓ１，ｊmまでの露光処理が終了）。
【００６０】
図１３には、一例として図１１のショット領域Ｓ1,2の走査終了時刻から、ショット領域Ｓ1,４の走査開始時刻までの、微動ステージＷＦＳ及び粗動ステージＷＲＳのＸ軸方向に関する状態遷移の様子が、点線矢印に沿って模式的に示されている。
【００６１】
図１４（Ａ）には、図１３に対応する、微動ステージＷＦＳ及び粗動ステージＷＲＳのＸ軸方向に関する速度の時間変化曲線が示され、図１４（Ｂ）には、図１４（Ａ）に対応する微動ステージＷＦＳ及び粗動ステージＷＲＳのＸ軸方向に関する位置の時間変化曲線が示されている。
【００６２】
図１４（Ａ）において、曲線ＶＸｆは微動ステージＷＦＳのＸ軸方向に関する速度の時間的な変化を示し、曲線ＶＸｒは粗動ステージＷＲＳのＸ軸方向に関する速度の時間的な変化を示し、直線ＶＸＧは、微動ステージＷＦＳと粗動ステージＷＲＳを含むウエハステージＷＳＴの重心の速度の時間的な変化を示している。
【００６３】
そして、図１４（Ｂ）において、曲線ＰＸｆは微動ステージＷＦＳのＸ軸方向に関する位置の時間的な変化を示し、曲線ＰＸｒは粗動ステージＷＲＳのＸ軸方向に関する位置の時間的な変化を示し、直線ＰＸＧは、微動ステージＷＦＳと粗動ステージＷＲＳとを含むウエハステージＷＳＴの重心のＸ軸方向に関する位置の時間的な変化を示している。なお、図１４（Ｂ）では、図１３中の右端に示されるウエハステージＷＳＴの微動ステージＷＦＳの位置を０としている。
【００６４】
これら図１３、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）を総合して見るとわかるように、微動ステージＷＦＳが、ステッピング動作（ステップ移動動作）と前記走査動作とから成る繰り返し運動の１回分の運動を行う間（時間Ｔstep＋Ｔscan）、例えば図１４（Ｂ）の時刻ｔ0〜時刻ｔ2の間、あるいは時刻ｔ1〜時刻ｔ3の間などに、粗動ステージＷＲＳは、微動ステージＷＦＳに対してＸ軸方向に所定ストロークで相対的に一往復している。
【００６５】
また、図１４（Ａ）の曲線ＶＸｆと曲線ＶＸｒとを比較するとわかるように、粗動ステージＷＲＳのＸ軸方向（＋Ｘ方向）の速度は、初速がｖ0である。これにより、微動ステージＷＦＳと粗動ステージＷＲＳとを含むウエハステージＷＳＴの重心は、直線ＶＸＧに示されるようにＸ軸方向に等速移動する。すなわち、本実施形態では、初速ｖ0は、ウエハステージＷＳＴの重心を等速運動させるような初速であり、微動ステージＷＦＳの質量ｍと粗動ステージＷＲＳの質量Ｍとに基づいて、前述の値に定められる。そして、この初速ｖ0を粗動ステージＷＲＳに与えるべく、前述の力積Ｆｔが設定されている。
【００６６】
なお、時刻ｔ0においては、微動ステージＷＦＳは０点にあり、このとき粗動ステージＷＲＳは、Δｘの点にある。両者の差Δｘは、時間ｔ0に先立って粗相ステージＷＲＳに初速ｖ0が与えられたことに起因したものである。従って、時間ｔ0（又はＸ軸方向に関するステッピング開始時刻）に、粗動ステージＷＲＳを微動ステージＷＦＳに対してＸ軸方向（この場合＋Ｘ方向）にΔｘだけオフセットして位置決めしておく場合には、時間ｔ0（又はＸ軸方向に関するステッピング開始時刻）で、初速ｖ0を粗動ステージＷＲＳに与えることとしても、図１４（Ａ）、及び図１４（Ｂ）で示されるような、微動ステージＷＦＳ、粗動ステージＷＲＳ、及びこれらを含むウエハステージＷＳＴの重心の状態遷移を行わせることができる。
【００６７】
また、図１５（Ａ）には、微動ステージＷＦＳ及び粗動ステージＷＲＳのＹ軸方向に関する速度の時間変化曲線が示され、図１５（Ｂ）には、図１５（Ａ）に対応する微動ステージＷＦＳ及び粗動ステージＷＲＳのＹ軸方向に関する位置の時間変化曲線が示されている。
【００６８】
図１５（Ａ）において、曲線ＶＹｆは微動ステージＷＦＳのＹ軸方向に関する速度の時間的な変化を示し、曲線ＶＹｒは粗動ステージＷＲＳのＸ軸方向に関する速度の時間的な変化を示している。
【００６９】
そして、図１５（Ｂ）において、曲線ＰＹｆは微動ステージＷＦＳのＹ軸方向に関する位置の時間的な変化を示し、曲線ＰＹｒは粗動ステージＷＲＳのＹ軸方向に関する位置の時間的な変化を示している。なお、図１５（Ｂ）では、露光されるショット領域Ｓの中心位置を０としている。
【００７０】
これら図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）を総合して見るとわかるように、走査動作を行う間（時間Ｔscan）、例えば図１５（Ａ）の時刻ｔ１〜ｔ２では、微動ステージＷＦＳ及び粗動ステージＷＲＳは相互に逆向きに等速で移動する。そして、走査動作が行われた後の時間（時間Ｔstep）、例えば図１５（Ａ）の時刻ｔ２〜ｔ３では、ＹＺ駆動系ＹＺ１〜ＹＺ４によって、走査動作時とは逆の方向に微動ステージＷＦＳ及び粗動ステージＷＲＳが相対移動するように、各ステージＷＦＳ，ＷＲＳの加速が行われる。また、微動ステージＷＦＳ及び粗動ステージＷＲＳの相対移動では、粗動ステージＷＲＳが、微動ステージＷＦＳのカウンタマスと同様な運動を行い、ウエハステージＷＳＴのＹ軸方向（スキャン方向）の重心位置は一定に維持される。
【００７１】
図１０のフローチャートの説明に戻り、次のステップ１１４では、カウント値ＮがＩであるか否かを判断する。ここではカウント値Ｎは１であるから、この判断は否定されステップ１１６に移行する。そして、次のステップ１１６ではカウント値Ｎを１インクリメントする（Ｎ←Ｎ＋１）。
【００７２】
以後、ステップ１１４での判断が肯定される（Ｓ１，１〜Ｓ１，Ｎの露光処理が終了）まで、ステップ１０８以降の処理を繰り返し行う。これにより、ウエハＷ上のすべてのショット領域Ｓの露光処理が順次行われる。そして、ウエハＷ上のすべてのショット領域Ｓの露光処理が終了し、ステップ１１４での判断が肯定されると、本ルーチンの処理を終了する。
【００７３】
なお、上述した露光動作中には、ウエハＷ上の照明領域が投影光学系ＰＬの結像面に極力一致した状態で露光が行われる必要があるため、ウエハフォーカスセンサＷＦの出力に基づいて、ＸＺ駆動系ＹＺ１〜ＹＺ４及びＸ駆動系Ｘ１〜Ｘ４を介して、微動ステージＷＦＳのＺ軸方向の位置及び姿勢を制御するオートフォーカス、及びオートレベリングが、主制御装置１１によって実行される。
【００７４】
以上に説明したように、本実施形態によると、粗動ステージＷＲＳに対して相対移動可能に配置された微動ステージＷＦＳは、微動ステージＷＦＳに形成された４つの開口部６０Ａ〜６０Ｄそれぞれに挿入されたガイド５４と、４つの開口部６０Ａ〜６０Ｄそれぞれに設けられた磁極ユニット６１Ａ，６１Ｂとで、微動ステージＷＦＳを粗動ステージＷＲＳに対してＹ軸方向及びＺ軸方向に相対移動する４つのＹＺ駆動系ＹＺ１，ＹＺ２，ＹＺ３，ＹＺ４が構成されている。そして、微動ステージＷＦＳの４つの開口部６０Ａ〜６０Ｄそれぞれに挿入されたガイド５４と、４つの開口部６０Ａ〜６０Ｄそれぞれに設けられた磁極ユニット６３Ａ，６３Ｂとで、微動ステージＷＦＳを粗動ステージＷＲＳに対してＸ軸方向に相対移動する４つのＸ駆動系Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４が構成されている。したがって、微動ステージＷＦＳを、粗動ステージＷＲＳに対してＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に移動させることができる。
【００７５】
そして、ＹＺ駆動系ＹＺ１〜ＹＺ４の固定子コイル５５のうちのＸＹ平面内の位置が異なる３つ以上の固定子コイル５５を選択して、微動ステージＷＦＳの異なる３つ以上の部分に適当な推力を作用させることで、微動ステージＷＦＳを、Ｙ軸及びＸ軸回りに回転することができる。また、ＹＺ駆動系ＹＺ１又はＹＺ駆動系ＹＺ２と、ＹＺ駆動系ＹＺ３又はＹＺ駆動系ＹＺ４との間で、大きさが異なるＹ軸方向の推力を微動ステージＷＦＳに作用させることで、微動ステージＷＦＳをＺ軸回りに回転することができる。また、ＹＺ駆動系ＹＺ１又はＹＺ駆動系ＹＺ３と、ＹＺ駆動系ＹＺ２又はＹＺ駆動系ＹＺ４との間で、大きさが異なるＹ軸方向の推力を作用させることで、微動ステージＷＦＳをＸ軸回りに回転することができる。また、Ｘ駆動系Ｘ１又はＸ駆動系Ｘ３と、Ｘ駆動系Ｘ２又はＸ駆動系Ｘ４との間で、大きさが異なるＸ軸方向の推力を作用させることで、微動ステージＷＦＳをＹ軸回りに回転することができる。したがって、微動ステージＷＦＳを、粗動ステージＷＲＳに対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りに回転すること可能となる。
【００７６】
以上より、粗動ステージＷＲＳの移動の後に、微動ステージＷＦＳを粗動ステージＷＲＳに対して６自由度方向に微動させることが可能となり、ウエハＷの位置決め、及びウエハＷを回動させる姿勢制御を精度よく行うことが可能となる。
【００７７】
また、本実施形態では、ウエハＷの同一列にあるショット領域の露光を行う際には、微動ステージＷＦＳ及び粗動ステージＷＲＳのスキャン動作を含めたＹ軸方向の移動に関しては、ＹＺ駆動系ＹＺ１〜ＹＺ４を介して、微動ステージＷＦＳと粗動ステージＷＲＳとが相対移動される。このため、両ステージＷＦＳ，ＷＲＳを含むウエハステージＷＳＴの重心は一定に維持される。また、微動ステージＷＦＳ及び粗動ステージＷＲＳの、ステップ動作を含めたＸ軸方向の移動に関しては、Ｘ駆動系Ｘ１〜Ｘ２を介して、微動ステージＷＦＳと粗動ステージＷＲＳとが相対移動される。これにより、ＸＹ駆動系ＸＹＭは、同一列にあるショット領域の露光開始前に粗動ステージＷＲＳに力積を付与した後は、露光動作中に粗動ステージＷＲＳに対して推力を作用させる必要がなくなる。すなわち、ショット領域の露光動作中にはＸＹ駆動系ＸＹＭからの出力を零とすることが可能となる。
【００７８】
これにより、スキャン動作中のＸＹ駆動系ＸＹＭからの発熱が抑制され、発熱に起因する露光精度の低下を回避することが可能となる。一般にＸＹ駆動系として平面モータを採用する場合には、平面モータの特性上発熱量が比較的大きくなるためその冷却方法が課題となる。本実施形態によれば、スキャン動作中にＸＹ駆動系からの出力を零とすることができるため、特別な冷却装置等を用いる必要もなく、装置の大型化を回避するとともに、設計の自由度を向上することが可能となる。
【００７９】
なお、微動ステージＷＦＳをＹ軸回りに回動する場合には、微動ステージＷＦＳのＺ軸方向に所定距離隔てた２つの位置に、Ｘ軸方向の推力を作用させることができればよい。したがって、上記実施形態では、ウエハステージ装置１００が、微動ステージＷＦＳにＸ軸方向の推力を作用させる４つのＸ駆動系Ｘ１〜Ｘ４を備えている場合について説明したが、上記観点からは、ウエハステージ装置１００は、微動ステージＷＦＳのＺ軸方向に所定距離隔てた位置にＸ軸方向の推力を作用させる駆動系を少なくとも１組備えることとしてもよい。
【００８０】
また、微動ステージＷＦＳをＸ軸回りに回動する場合には、微動ステージＷＦＳのＺ軸方向に所定距離隔てた２つの位置に、Ｙ軸方向の推力を作用させることができればよい。したがって、上記実施形態では、ウエハステージ装置１００が、微動ステージＷＦＳにＹ軸方向の推力を作用させる４つのＹＺ駆動系ＹＺ１〜ＹＺ４を備えている場合について説明したが、上記観点からは、ウエハステージ装置１００は、微動ステージＷＦＳのＺ軸方向に所定距離隔てた位置にＹ軸方向の推力を作用させる駆動系を少なくとも１組備えていることとしてもよい。
【００８１】
また、微動ステージＷＦＳをＺ軸回りに回動する場合には、微動ステージＷＦＳのＸ軸方向に所定距離隔てた２つの位置にＹ軸方向の推力を作用させるか、または、微動ステージＷＦＳのＹ軸方向に所定距離隔てた２つの位置にＸ軸方向の推力を作用させることができればよい。したがって、上記実施形態では、ウエハステージ装置１００が、微動ステージＷＦＳにＹ軸方向の推力を作用させる４つのＹＺ駆動系ＹＺ１〜ＹＺ４を備えている場合について説明したが、上記観点からは、ウエハステージ装置１００は、微動ステージＷＦＳのＸ軸方向に所定距離隔てた２つの位置にＹ軸方向の推力を作用させる駆動系を少なくとも１組備えていることとしてもよく、微動ステージＷＦＳのＹ軸方向に所定距離隔てた２つの位置にＸ軸方向の推力を作用させる駆動系を少なくとも１組備えていることとしてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、電機子ユニット５８を粗動ステージＷＲＳ側に設ける場合について説明したが、これに限らずベース３０側に電機子ユニットを設け、粗動ステージＷＲＳ側に磁石ユニットを設けることとしても良い。
【００８３】
また、上記実施形態では、ウエハステージを１つ有するウエハステージ装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明がこれに限られるものではなく、２つ以上のウエハステージを有するウエハステージ装置に本発明を適用することも可能である。
【００８４】
また、上記実施形態のウエハフォーカスセンサＷＦに代えて、ウエハＷの面形状を検出する面形状検出装置を用いてもよい。この面形状検出装置としては、ウエハに対し、例えばウエハの直径より長いライン状のビームを斜入射させる照射系と、該照射系により照射されたビームの反射光を受光する検出器、例えば１次元ＣＣＤセンサ又はラインセンサなどを有する受光系を含んで構成されるものが考えられる。したがって、公知の多点ＡＦ系の検出原理と同じ原理で、複数の点状の照射領域を計測点として、各計測点でのウエハのＺ位置（ウエハが移動する所定面（ＸＹ平面）と垂直なＺ軸方向に関する位置情報）を検出することができる。この場合、露光開始前に、ウエハ表面のＺ位置情報の分布を算出し、露光動作の際には、該算出結果に基づいて、微動ステージのＺ軸方向に関する位置・姿勢を制御するとすることができる。
【００８５】
また、上記実施形態では、粗動ステージＷＲＳを駆動する駆動装置として平面モータを用いることとしたが、これに限らず、リニアモータを用いることとしても良い。
【００８６】
また、上記実施形態ではウエハステージ装置に本発明のステージ装置が採用された場合について説明したが、これに限らず、レチクルステージＲＳＴ側に本発明のステージ装置を採用することも可能である。
【００８７】
また、上記実施形態では、ウエハ表面を水平面（ＸＹ平面）と平行に保持するウエハステージ装置に本発明を採用した場合について説明したが、これに限らず、ウエハ表面をＸＹ平面と直交する面にほぼ平行に保持するウエハステージ（縦型ステージ）に本発明を採用することも可能である。
【００８８】
また、上記実施形態の露光装置における投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良いし、投影光学系ＰＬは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。
【００８９】
また、国際公開第２００４／５３９５５号パンフレットに開示される液浸露光装置に本発明を適用することも可能である。また、上記実施形態の露光装置は、例えば国際公開第２００５／０７４０１４号パンフレットなどに開示されているように、ウエハステージとは別に計測ステージを備えるものでも良い。
【００９０】
また、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれに限定されないことは勿論である。すなわちステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置、さらに、ステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置、又はプロキシミティ方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナーなどにも、本発明は適用できる。
【００９１】
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
【００９２】
また、照明光ＩＬは、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）に限らず、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などの紫外光や、Ｆ2レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光であっても良い。例えば真空紫外光として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光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、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用いても良い。
【００９３】
また、上記実施形態では、露光装置の照明光ＩＬとしては波長１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、近年、７０ｎｍ以下のパターンを露光するために、ＳＯＲやプラズマレーザを光源として、軟Ｘ線領域（例えば５〜１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を発生させるとともに、その露光波長（例えば１３．５ｎｍ）の下で設計されたオール反射縮小光学系、及び反射型マスクを用いたＥＵＶ露光装置の開発が行われている。この装置においては、円弧照明を用いてマスクとウエハを同期走査してスキャン露光する構成が考えられるので、かかる装置にも本発明を適用することができる。この他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも本発明を適用できる。
【００９４】
また、上記実施形態の露光装置では、露光光として波長１００ｎｍ以下の光を用いることとしたが、これに限らず、波長１００ｎｍ以上の光（ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、Ｆ2レーザ光（波長１５７ｎｍ）、Ａｒ2レーザ光（波長１２６ｎｍ）、Ｋｒ2レーザ光（波長１４６ｎｍ）などのパルスレーザ光や、超高圧水銀ランプからのｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線など）を用いることも可能である。また、投影光学系は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも良い。更に投影光学系としては、反射光学素子のみからなる反射型の投影光学系に限らず、反射光学素子と屈折光学素子を有する反射屈折型（カタディオプトリック系）の投影光学系や、屈折光学素子のみを有する屈折型の投影光学系を用いることも可能である。
【００９５】
また、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、本発明は適用できる。
【００９６】
また、上記実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターンまたは反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（又は可変成形マスク、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器とも呼ばれる）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。かかる可変成形マスクを用いる場合には、前述のアライメントマークの検出結果を考慮して、ウエハ上の複数の区画領域のうち、アライメントマーク検出時に露光していたショット領域より後に露光が行われる少なくとも一つの別のショット領域の露光の際に、電子データに基づいて形成すべき、透過パターン又は反射パターンを変化させることで、ウエハとパターン像との相対位置制御を行っても良い。
【００９７】
また、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した調整方法によりパターンの転写特性が調整される上記実施形態の露光装置で、マスクに形成されたパターンを感光物体上に転写するリソグラフィステップ、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）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、パターンの転写特性が調整される上記実施形態の露光装置が用いられるので、高集積度のデバイスの生産性を向上することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
以上説明したように、本発明のステージ装置は、露光装置で用いるのに適している。また、本発明の露光装置は、物体を露光して、前記物体にパターンを形成するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の一実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１のウエハステージを示す斜視図である。
【図３】ウエハステージを一部断面して示す図（その１）である。
【図４】ウエハステージを一部断面して示す図（その２）である。
【図５】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、ガイド５４を構成する固定子コイルを示す図（その１、その２）である。
【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、固定子コイルの各巻線と磁極ユニットの永久磁石の配置を説明するための図（その１、その２）である
【図７】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、固定子コイルと磁極ユニットとの作用を説明するための図（その１、その２）である。
【図８】固定子コイルと磁極ユニットとの作用を説明するための図（その３）である。
【図９】露光装置の制御系のブロック図である。
【図１０】主制御装置の処理アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１１】ウエハ上のショット領域の配置の一例を、照射領域の中心の経路とともに示す図である。
【図１２】図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、Ｙ軸方向の粗動ステージと微動ステージとの相対動作を説明するための図（その１〜その３）である。
【図１３】Ｘ軸方向の粗動ステージと微動ステージの相対動作を説明するための図である。
【図１４】図１４（Ａ）は、粗動ステージと微動ステージのＸ軸方向の速度変化を表す曲線を示す図であり、図１４（Ｂ）は、粗動ステージと微動ステージのＹ軸方向の位置変化を表す曲線を示す図である。
【図１５】図１５（Ａ）は、粗動ステージと微動ステージのＹ軸方向の速度変化を表す曲線を示す図であり、図１５（Ｂ）は、粗動ステージと微動ステージのＹ軸方向の位置変化を表す曲線を示す図である。
【符号の説明】
【０１００】
１０…露光装置、１２…照明系、１８Ｒ…レチクル干渉計、１８Ｗ…ウエハ干渉計、１９…レチクルステージ駆動系、１１…主制御装置、２０…レチクルステージベース、３０…ベース、３１…保護プレート、３２…磁石ユニット、４０…鏡筒、４２…ウエハテーブル、５１…ベース部、５２…支持部、５４…ガイド、５５,５６…固定子コイル、５５ａ…上部巻線、５５ｂ…下部巻線、５８…電機子ユニット、６０Ａ〜６０Ｄ…開口部、６１Ａ，６１Ｂ，６３Ａ，６３Ｂ…磁極ユニット、６２，６４…永久磁石、１００…ウエハステージ装置、ＡＸ…光軸、ＡＬＧ…アライメント系、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチクル、ＲＳＴ…レチクルステージ、ＩＬ…照明光、ＰＵ…投影ユニット、Ｗ…ウエハ、ＷＦ…ウエハフォーカスセンサ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＷＲＳ…粗動ステージ、ＷＦＳ…微動ステージ、ＸＹＭ…ＸＹ駆動系、ＹＺ１〜ＹＺ４…ＹＺ駆動系、Ｘ１〜Ｘ４…Ｘ駆動系。
【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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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