(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材と可動部材とを含んで構成され、固定部材に対して、可動部材が、Ｚ軸を中心として回転可能に保持されており、一対の４点接触軸受を背面配列させた構成とされた転がり軸受と、
前記可動部材の、Ｚ軸から外れた力点に、該可動部材がＺ軸を中心として回転移動するように、Ｚ軸を中心とした円周方向の力を加えるリニアアクチュエータと、
前記軸受の可動部材に取り付けられ、Ｚ軸に平行な方向に作用点を変位させる第１のアクチュエータと、
保持対象物を保持し、前記第１のアクチュエータの作用点から力を受けてＺ軸方向に変位する保持ステージと
を有する回転保持装置。
【請求項２】
さらに、前記可動部材の前記力点が前記リニアアクチュエータの前記作用点に押し付けられる向きの力を、前記可動部材に加えるプランジャを有する請求項１に記載の回転保持装置。
【請求項３】
さらに、各々前記軸受の可動部材に取り付けられ、Ｚ軸に平行な方向に作用点を変位させる第２及び第３のアクチュエータと、
前記第１〜第３のアクチュエータの作用点の各々と前記保持ステージとを連結する弾性ヒンジであって、各弾性ヒンジは、前記第１〜第３のアクチュエータの作用点の各々と前記保持ステージとのＺ軸方向の相対位置を拘束し、前記Ｚ軸に対して前記保持ステージが傾く向きの移動を許容する前記弾性ヒンジを有する請求項１または２に記載の回転保持装置。
【請求項４】
固定部材と可動部材とを含んで構成され、該固定部材に対して、該可動部材が、Ｚ軸を中心として回転可能に保持されている軸受と、
前記軸受の可動部材に取り付けられ、対象物を保持する保持ステージと、
前記可動部材の、Ｚ軸から外れた力点に、該可動部材がＺ軸を中心として回転移動するように第１の方向の力を加える駆動機構と
を有し、
前記駆動機構が、
前記可動部材の力点に、第１の方向の力を加える粗動アクチュエータと、
前記粗動アクチュエータを、前記第１の方向に並進移動可能に保持するリニアガイドと、
位置分解能が前記粗動アクチュエータの位置分解能よりも高く、該粗動アクチュエータを前記第１の方向に変位させる微動アクチュエータと、
前記粗動アクチュエータの変位量に相当する物理量を測定する位置センサと
を有する回転保持装置。
【請求項５】
前記微動アクチュエータが前記リニアガイドにより、前記第１の方向に並進移動可能に保持されており、
前記微動アクチュエータに接触し、該微動アクチュエータの前記第１の方向の位置を拘束するストッパと
を有し、
前記粗動アクチュエータが前記可動部材の力点に加える前記第１の方向の力、前記微動アクチュエータが前記粗動アクチュエータに加える前記第１の方向の力が１本の直線上に位置するように、前記粗動アクチュエータ及び微動アクチュエータが配置されている請求項４に記載の回転保持装置。
【請求項６】
固定部に対して可動部を、Ｚ軸を中心として回転移動させる回転移動機構と、
前記回転移動機構の可動部に取り付けられ、Ｚ軸に平行な方向に作用点を変位させるアクチュエータと、
前記アクチュエータの作用点から力を受けてＺ軸方向に変位する第１のＸＹステージであって、Ｚ軸と直交し、前記回転移動機構の可動部に対して固定的に定義された相互に直交するＵ軸及びＶ軸で画定されるＵＶ面に平行な方向に可動ステージを並進移動させ、該可動ステージの上に対象物を保持する前記第１のＸＹステージと、
前記Ｚ軸と直交し、前記回転移動機構の固定部に対して固定的に定義された相互に直交するＸ軸及びＹ軸に平行な方向に関して、前記可動ステージに保持された対象物の位置を検出する位置検出手段と、
前記Ｘ軸の向きとＵ軸の向きとのずれを検出するクロストーク検出手段と、
前記位置検出手段で検出された対象物の位置に基づき、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の目標移動量を求め、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の目標移動量をＵ軸方向及びＶ軸方向の移動量に換算し、換算されたＵ軸方向及びＶ軸方向の移動量に基づいて前記第１のＸＹステージを駆動する制御手段と
を有する位置調節装置。
【請求項７】
前記第１のＸＹステージの重心が、Ｚ軸方向に関して、前記アクチュエータの作用点よりも前記回転移動機構寄りに位置している請求項６に記載の位置調節装置。
【請求項８】
さらに、前記回転移動機構の固定部を保持し、Ｚ軸に垂直な２次元方向に並進移動させる第２のＸＹステージを有する請求項６または７に記載の位置調節装置。
【請求項９】
Ｚ軸に垂直な２次元方向に、可動部を並進移動させるＸＹ粗動ステージと、
前記ＸＹ粗動ステージの可動部に取り付けられ、Ｚ軸に平行な方向に作用点を変位させるアクチュエータと、
前記アクチュエータの作用点から力を受けてＺ軸方向に変位し、該Ｚ軸と直交するＸＹ面に平行な方向に可動ステージを並進移動させ、該可動ステージの上に、露光対象物及びマスクのうち一方の第１の部材を保持し、該可動ステージのＸ方向及びＹ方向の移動可能距離が、前記ＸＹ粗動ステージの可動部の移動可能距離よりも短いＸＹ微動ステージと、
前記ＸＹ微動ステージの可動ステージ上に保持された第１の部材に、微少間隙を隔てて対向するように、前記露光対象物及びマスクのうち他方の第２の部材を保持する保持機構と、
前記アクチュエータの動作を制御する制御手段であって、露光時に前記ＸＹ微動ステージの可動ステージを前記第２の部材に近づけて露光対象物とマスクとの間を第１の間隙とし、露光対象物の交換時には、該可動ステージを前記第２の部材から離して露光対象物とマスクとの間を前記第１の間隙よりも広い第２の間隙とする前記制御手段と、
前記ＸＹ微動ステージの可動ステージが、前記露光対象物の交換時の位置にあるとき、該露光対象物の受け渡しを行うハンドリングアームと
を有する近接露光装置。
【請求項１０】
前記第１の部材が露光対象物であり、前記第２の部材がマスクである請求項９に記載の近接露光装置。
【請求項１１】
さらに、前記ＸＹ粗動ステージの可動部に取り付けられ、回転移動部を、Ｚ軸を中心として回転移動させる回転移動機構を有し、前記アクチュエータが該回転移動機構の回転移動部に取り付けられている請求項９または１０に記載の近接露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転保持装置、位置調節装置及び近接露光装置に関し、特に近接露光装置に使用するのに適した回転保持装置、位置調節装置、及びこれらを用いた近接露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジャーナルオブバキュームサイエンスアンドテクノロジＢ（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ）のセカンドシリーズ第１０巻第６号（１９９２年１１／１２月）の３２３５〜３２３８頁に、新しいアライメントシステムを有するシンクロトロン放射光（ＳＲ光）用ステッパが開示されている。このステッパは、近接露光用のものであり、マスクステージ及びウエハステージが、それぞれマスク及びウエハを保持する。
【０００３】
ウエハの表面をＸＹ面とし、表面の法線方向をＺ軸とするＸＹＺ直交座標系を考える。マスクステージは、ＸＹθZ方向の微動ステージ、及びマスクをＺ軸方向に変位させる３つのアクチュエータを有する。３つのアクチュエータを制御することにより、Ｚ軸に対するマスクの傾き角及び傾き方向を制御することができる。ウエハステージは、ＸＹＺ軸方向の粗動ステージ、ＸＹθZ方向の微動ステージ、及びウエハをＺ軸方向に変位させる３つのアクチュエータを有する。
【０００４】
マスクステージ及びウエハステージ共に、ＸＹθZ微動ステージを持っている。移動軸の重複は、機械的剛性の低下、及び装置の大型化の原因になる。また、ウエハステージに装着されたウエハを交換する際には、ＸＹＺ粗動ステージをＺ軸方向に移動させている。重い粗動ステージを移動させるため、ウエハ交換の時間を短縮することが困難である。
【０００５】
ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジクス（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）第３８巻（１９９９年）の第７０５９〜７０６４頁に、次世代リソグラフィのためのＸ線ステッパが開示されている。このＸ線ステッパにおいては、ウエハをウエハチャックに受け渡す時に、ウエハチャックのウエハ保持面を一旦水平にし、ウエハの受け渡し後に、ウエハ保持面を鉛直に戻す。このため、ウエハの受け渡しに長時間を必要とする。
【０００６】
ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジクス（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）第３８巻（１９９９年）の第７０６５〜７０７０頁に、Ｘ線ステッパが開示されている。このＸ線ステッパにおいては、マスクがマスクチェンジャ内に水平状態で保管される。マスクをマスクステージに取り付ける際には、マスクを鉛直に立てる姿勢変換が必要になる。このため、マスク交換に長時間を必要とする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、装置の小型化、位置合わせ精度及びスループットの向上を図ることが可能な近接露光装置を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、この近接露光装置に適用可能な回転保持装置及び位置調節装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、固定部材と可動部材とを含んで構成され、固定部材に対して、可動部材が、Ｚ軸を中心として回転可能に保持されており、一対の４点接触軸受を背面配列させた構成とされた転がり軸受と、前記可動部材の、Ｚ軸から外れた力点に、該可動部材がＺ軸を中心として回転移動するように、Ｚ軸を中心とした円周方向の力を加えるリニアアクチュエータと、前記軸受の可動部材に取り付けられ、Ｚ軸に平行な方向に作用点を変位させる第１のアクチュエータと、保持対象物を保持し、前記第１のアクチュエータの作用点から力を受けてＺ軸方向に変位する保持ステージとを有する回転保持装置が提供される。
【００１０】
保持ステージが第１のアクチュエータの負荷になり、軸受は、第１のアクチュエータの負荷にはならない。このため、第１のアクチュエータの負荷を軽減することができる。
【００１１】
本発明の他の観点によると、固定部材と可動部材とを含んで構成され、該固定部材に対して、該可動部材が、Ｚ軸を中心として回転可能に保持されている軸受と、前記軸受の可動部材に取り付けられ、対象物を保持する保持ステージと、前記可動部材の、Ｚ軸から外れた力点に、該可動部材がＺ軸を中心として回転移動するように第１の方向の力を加える駆動機構とを有し、前記駆動機構が、前記可動部材の力点に、第１の方向の力を加える粗動アクチュエータと、前記粗動アクチュエータを、前記第１の方向に並進移動可能に保持するリニアガイドと、位置分解能が前記粗動アクチュエータの位置分解能よりも高く、最大ストロークが該粗動アクチュエータの最大ストロークよりも短く、該粗動アクチュエータを、前記第１の方向に変位させる微動アクチュエータと、前記粗動アクチュエータの変位量に相当する物理量を測定する位置センサとを有する回転保持装置が提供される。
【００１２】
粗動アクチュエータを動作させることにより、保持ステージを比較的広い角度範囲内で回転移動させることができる。微動アクチュエータを動作させることにより、回転方向に関して保持ステージを高精度に位置決めすることができる。粗動アクチュエータの変位量に相当する物理量を測定することにより、微動アクチュエータを動作させたことによる保持ステージの微小回転移動角度を検出することができる。
【００１３】
本発明のさらに他の観点によると、固定部に対して可動部を、Ｚ軸を中心として回転移動させる回転移動機構と、前記回転移動機構の可動部に取り付けられ、Ｚ軸に平行な方向に作用点を変位させるアクチュエータと、前記アクチュエータの作用点から力を受けてＺ軸方向に変位する第１のＸＹステージであって、Ｚ軸と直交し、前記回転移動機構の可動部に対して固定的に定義された相互に直交するＵ軸及びＶ軸で画定されるＵＶ面に平行な方向に可動ステージを並進移動させ、該可動ステージの上に対象物を保持する前記第１のＸＹステージと、前記Ｚ軸と直交し、前記回転移動機構の固定部に対して固定的に定義された相互に直交するＸ軸及びＹ軸に平行な方向に関して、前記可動ステージに保持された対象物の位置を検出する位置検出手段と、前記Ｘ軸の向きとＵ軸の向きとのずれを検出するクロストーク検出手段と、前記位置検出手段で検出された対象物の位置に基づき、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の目標移動量を求め、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の目標移動量をＵ軸方向及びＶ軸方向の移動量に換算し、換算されたＵ軸方向及びＶ軸方向の移動量に基づいて前記第１のＸＹステージを駆動する制御手段とを有する位置調節装置が提供される。
【００１４】
第１のＸＹステージがアクチュエータの負荷になるが、回転移動機構はアクチュエータの負荷にならない。このため、アクチュエータの負荷を軽減することができる。回転移動機構を動作させると、第１のＸＹステージが回転移動する。このため、Ｕ軸の向きがＸ軸からずれる。制御手段が、Ｘ軸及びＹ軸方向の目標移動量をＵ軸及びＶ軸方向の移動量に換算し、この換算結果に基づいて第１のＸＹステージを駆動するため、可動ステージを所望の位置に移動させることができる。
【００１５】
本発明のさらに他の観点によると、Ｚ軸に垂直な２次元方向に、可動部を並進移動させるＸＹ粗動ステージと、前記ＸＹ粗動ステージの可動部に取り付けられ、回転移動部を、Ｚ軸を中心として回転移動させる回転移動機構と、前記回転移動機構の回転移動部に取り付けられ、Ｚ軸に平行な方向に作用点を変位させるアクチュエータと、前記アクチュエータの作用点から力を受けてＺ軸方向に変位し、該Ｚ軸と直交するＸＹ面に平行な方向に可動ステージを並進移動させ、該可動ステージの上に露光対象物を保持するＸＹ微動ステージと、前記ＸＹ微動ステージの可動ステージ上に保持された露光対象物の露光面に、微少間隙を隔てて対向するようにマスクを保持するマスク保持機構と、前記アクチュエータの動作を制御する制御手段であって、露光時に前記ＸＹ微動ステージの可動ステージを前記マスクに近づけて露光対象物とマスクとの間を第１の間隙とし、露光対象物の交換時には、該可動ステージを前記マスクから離して露光対象物とマスクとの間を前記第１の間隙よりも広い第２の間隙とする前記制御手段と、前記ＸＹ微動ステージの可動ステージが、前記露光対象物の交換時の位置にあるとき、該可動ステージとの間で露光対象物の受け渡しを行うハンドリングアームとを有する近接露光装置が提供される。
【００１６】
ＸＹ粗動ステージをＺ軸方向に移動させることなく、ＸＹ微動ステージを動作させることにより、露光対象物の受け渡しを行うことができる。このため、受け渡し時間の短縮化を図ることが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の実施例によるＸ線近接露光装置の分解斜視図を示す。Ｘ線近接露光装置は、マスクステージシステム１０とウエハステージシステム５０とを含んで構成される。マスクステージシステム１０とウエハステージシステム５０とは、共通の基台１の上に固定されている。Ｘ線の進行方向をＺ軸、水平方向をＸ軸、鉛直方向をＹ軸とするＸＹＺ直交座標系を考える。
【００２０】
以下、マスクステージシステム１０の構成について説明する。ヘリウムチャンバ１１のウエハステージシステム５０側の壁面に、マスクステージ１２が取り付けられている。マスクステージ１２は、マスクチャックによってマスクを保持し、θZ方向（Ｚ軸に平行な軸を中心とした回転移動）、θX方向（Ｘ軸に平行な軸を中心とした回転移動）、及びθY方向（Ｙ軸に平行な軸を中心とした回転移動）にマスクを微少に回転移動させることができる。
【００２１】
ヘリウムチャンバ１１内に、位置合わせ光学系１３が設置されている。位置合わせ光学系１３は、マスクステージ１２に保持されたマスクと、後述するウエハチャック５５に保持されたウエハとの間隔、Ｘ方向、Ｙ方向、及びθZ方向の位置ずれを検出する。位置合わせ光学系１３として、例えば特許第２９５５６６８号及び特許第３０４８８９５号に開示された斜方検出光学系を用いることができる。
【００２２】
ヘリウムチャンバ１１の上に、マスク搬送装置１４及びマスクホルダ１５が取り付けられている。マスク搬送装置１４のハンドリングアーム１４Ａが、マスクホルダ１５内に保管されているマスク１６を、マスクステージ１２のマスクチャックの位置まで搬送し、マスクチャックに保持されているマスクをマスクホルダ１５の格納場所まで搬送する。マスク搬送装置１４及びマスクホルダ１５がヘリウムチャンバ１１の上に配置されているため、フートプリント（装置の占める床面積）の増大を抑制することができる。
【００２３】
次に、ウエハステージシステム５０の構成について説明する。ＸＹ粗動ステージ５１に、回転移動機構５２が取り付けられている。ＸＹ粗動ステージ５１は、ＸＹ面に平行な２次元方向に並進移動することができる。回転移動機構５２は、その回転移動部を、Ｚ軸に平行な軸を中心としたθZ方向に回転移動させることができる。回転移動機構５２の回転移動部に、３個のリニアアクチュエータ５３が取り付けられている。リニアアクチュエータ５３の各々は、その作用点をＺ軸方向に変位させる。
【００２４】
リニアアクチュエータ５３の作用点に、ＸＹ微動ステージ５４が取り付けられている。ＸＹ微動ステージ５４は、ＸＹ面に平行な２次元方向に並進移動することができる。ＸＹ微動ステージ５４にウエハチャック５５及びＬ型ミラー５６が固定されている。ウエハチャック５５は、露光すべきウエハを真空吸着する。Ｌ型ミラー５６は、Ｙ軸にほぼ垂直な反射面５６Ｙ及びＸ軸にほぼ垂直な反射面５６Ｘを有し、レーザ干渉計用の反射鏡として用いられる。
【００２５】
レーザヘッド５７及び光学ユニット５８により、レーザ干渉計が構成されている。レーザヘッド５７は、基台１の下面に固定されており、そのレーザビーム出射部は、基台１の縁よりも外側まで突出している。レーザヘッド５７から出射したレーザビームが、基台１の上面に固定された光学ユニット５８に入射し、２本のレーザビームに分岐される。一方のビームは反射鏡５６Ｘに入射し、他方のビームは反射鏡５６Ｙに入射する。このレーザ干渉計により、ウエハチャック５５のＸ軸方向及びＹ軸方向の変位を測定することができる。
【００２６】
基台１は、例えば熱伝導率の低い花崗岩（グラナイト）等で形成され、レーザヘッド５７は基台１の下に取り付けられている。このため、レーザヘッド５７で発生した熱が、光学ユニット５８に伝わりにくい。これにより、熱によるレーザ干渉計の測定精度の低下を防止することができる。また、光学ユニット５８は、必要な光学部品を１つのＬ型部材に固定した構成とされている。このため、一旦、Ｌ型部材上でレーザビームの光路調整を行った後は、ウエハステージシステム５０を移動した場合でも、Ｌ型部材のみの位置調整を行えばよく、L型部材に固定された複数の光学部品間の光軸の再調整を行う必要はない。
【００２７】
マスクステージシステム１０及びウエハステージシステム５０の各装置は、制御装置２により制御される。露光時には、ウエハチャック５５に保持されたウエハと、マスクステージ１２に保持されたマスクとが、微小間隔（プロキシミティギャップ）を隔てて対向する。Ｚ軸に平行な方向に伝搬するＸ線がマスクを通してウエハ表面を照射する。これにより、マスクに形成されているマスクパターンがウエハの表面上に転写される。
【００２８】
図２に、マスクステージ１２の概略断面図を示す。円形の開口が設けられた固定板２０の開口内に、転がり軸受２２を介して円環状のロータ２１が配置されている。ロータ２１は、Ｚ軸に平行な軸を中心として回転移動可能である。転がり軸受２２は、一対の４点接触軸受を背面配列させた構成とされている。これにより、ラジアルガタ及びアキシャルガタが実質的に０になる。
【００２９】
ロータ２１に３本のリニアアクチュエータ２３Ａ〜２３Ｃが取り付けられている。リニアアクチュエータ２３Ａ〜２３Ｃは、Ｚ軸に平行な視線で見たとき、正三角形の頂点に位置するように配置されている。リニアアクチュエータ２３Ｂは、図２には現れておらず、図１にのみ現れている。リニアアクチュエータ２３Ａ〜２３Ｃの各々は、各作用点２４Ａ〜２４ＣをＺ軸に平行な方向に変位させる。
【００３０】
中心に貫通孔を有するマスクチャック２５が、弾性ヒンジ２６Ａ〜２６Ｃを介して、それぞれリニアアクチュエータ２３Ａ〜２３Ｃの作用点２４Ａ〜２４Ｃに取り付けられている。弾性ヒンジ２４Ａ〜２４Ｃは、それぞれ作用点２４Ａ〜２４Ｃとマスクチャック２５とのＺ軸方向の相対位置を拘束し、マスクチャック２５がＺ軸に対して傾く向き（θX及びθY方向）の移動を許容する。
【００３１】
マスクチャック２５の、ウエハステージシステム５０側の面に、マスク１６が真空吸着される。ロータ２１の開口及びマスクチャック２５の貫通孔を通ってＸ線がマスク１６に入射する。
【００３２】
ロータ２１の外周の近傍に、半径方向に延びるレバー２９が取り付けられている。固定板２０に取り付けられた駆動機構２７が、レバー２９に対して、Ｚ軸を中心とした円周の接線方向の力を加え、スプリングプランジャ２８がレバー２９に対して反力を加える。駆動機構２７がレバー２９を円周方向に変位させることにより、ロータ２１を微少に回転移動させることができる。
【００３３】
図２に示した構成とは異なり、リニアアクチュエータ２３Ａ〜２３Ｃの作用点に、固定板２０を取り付けると、固定板２０、ロータ２１、マスクチャック２５の荷重がリニアアクチュエータ２３Ａ〜２３Ｃに加わる。このため、倒れモーメントが大きくなりモーメント剛性が低下する。これに対し、図２に示した実施例の場合には、リニアアクチュエータ２３Ａ〜２３Ｃにマスクチャック２５のみの荷重が加わる。このため、モーメント剛性を高めることができる。
【００３４】
図２に示したマスクステージ１２においては、ロータ２１が転がり軸受２２により固定板２０に保持されている。このため、ロータ２１を３６０°回転させることが可能であり、装置組み立て時の調整を容易に行うことができる。また、マスクとウエハとの位置合わせ時におけるロータ２１の回転移動角は高々１×１０-3ｍｒａｄである。このような微少な角度の回転移動の際には、ロータ２１の回転中心のぶれを十分小さくすることができる。
【００３５】
図３に、図２に示した駆動機構２７の詳細な構成を示す。ハウジング３０が、図２に示した固定板２０に固定されている。ハウジング３０に固定されたリニアガイド３１が、テーブル３２及び３３をＸ軸に平行な方向に案内する。駆動機構２７よりもＸ軸の正の側にレバー２９が配置されている。テーブル３２に固定されたハウジング３４内に粗動アクチュエータ３５が収納され、テーブル３３に固定されたハウジング３６内に微動アクチュエータ３７が収納されている。粗動アクチュエータ３５の最大ストロークは、例えば１０ｍｍであり、分解能は、例えば０．２５μｍである。微動アクチュエータ３７は圧電素子を含んで構成され、その最大ストロークは、例えば１５μｍであり、分解能は、例えば１ｎｍである。
【００３６】
粗動アクチュエータ３５及び微動アクチュエータ３７は、それぞれ作用点３５Ａ及び３７ＡをＸ軸に平行な方向に変位させる。作用点３５Ａはレバー２９に接触し、作用点３７Ａはハウジング３４に接触している。スプリングプランジャ２８が、その作用点２８Ａにおいてレバー２９に接触し、レバー２９に対してＸ軸の負の向きの力を加えている。
【００３７】
ハウジング３０に取り付けられたストッパ３８が、その作用点３８Ａにおいてハウジング３６に接触し、ハウジング３６の、Ｘ軸の負の方向への移動を禁止している。作用点２８Ａ、３５Ａ、３７Ａ、及び３８Ａは、Ｘ軸に平行な１本の直線上に位置している。すなわち、ストッパ３８がハウジング３６を押す力、作用点３７Ａがハウジング３４を押す力、作用点３５Ａがレバー２９を押す力、及び作用点２８Ａがレバー２９に加える反力は、１本の直線上に位置する。これにより、アッベ誤差をほぼ零にすることができる。
【００３８】
ハウジング３０に固定された位置センサ３９が、ハウジング３４までの距離を測定する。位置センサ３９は、静電容量センサで構成され、その距離検出範囲は、例えば３０μｍ、分解能は、例えば１ｎｍである。ハウジング３６及び微動アクチュエータ３７は、ストッパ３８によってＸ軸の負の方向への移動を禁止されているため、位置センサ３９で検出される距離の変動は、微動アクチュエータ３７の作用点３７Ａの変位量、すなわち粗動アクチュエータ３５の変位量に相当する。
【００３９】
粗動アクチュエータ３５を駆動することにより、レバー２９が取り付けられているロータ２１を回転移動させることができる。また、微動アクチュエータ３７を駆動することにより、θZ方向に関してロータ２１を高精度に位置決めすることができる。位置センサ３９による位置検出結果をモニタすることにより、微動アクチュエータ３７のフィードバック制御を行うことができる。
【００４０】
Ｘ軸方向に関して粗動アクチュエータ３５と微動アクチュエータ３７との位置を入れ替えた構成を考える。この構成では、位置センサ３９の距離検出範囲を、粗動アクチュエータ３５のストローク以上にする必要が生ずる。位置センサの距離検出範囲を大きくすると、一般的に分解能が低下してしまう。また、位置センサを微動アクチュエータ３７のハウジングに取り付け、微動アクチュエータ３７とレバー２９との間隔の変動を測定する構成も考えられる。ところが、レバー２９は厳密にはＸ軸に平行な方向に並進移動するのではなく、ロータ２１の回転軸を中心として円運動する。このため、微動アクチュエータ３７とレバー２９との間隔の変動を高精度に測定することは困難である。
【００４１】
図３に示した構成とすることにより、粗動アクチュエータ３５で、ロータ２１の回転移動可能な範囲を比較的大きく確保するとともに、微動アクチュエータ３７と位置センサ３９とにより、θZ方向の高精度な位置合わせを行うことができる。
【００４２】
図４に、ウエハステージシステム５０の概略断面図を示す。ＸＹ粗動ステージ５１に回転移動機構５２が取り付けられている。回転移動機構５２は、固定部５２Ａ、回転移動部５２Ｂ、及び転がり軸受５２Ｃを含んで構成される。固定部５２ＡはＸＹ粗動ステージ５１に固定されている。回転移動部５２Ｂは、Ｚ軸に平行な軸を中心として回転移動可能である。この回転移動は、例えば図２及び図３に示した駆動機構２７、レバー２９等の同様の機構で行われる。
【００４３】
回転移動部５２Ｂに、３本のリニアアクチュエータ５３が取り付けられている。リニアアクチュエータ５３は、転がり軸受５２Ｃよりも外側に配置されている。リニアアクチュエータ５３の作用点５３Ａに、ＸＹ微動ステージ５４が取り付けられている。３本のリニアアクチュエータ５３は、ＸＹ微動ステージ５４を、Ｚ軸方向、θX及びθY方向に移動させることができる。ＸＹ微動ステージ５４は、ウエハチャック５５及び図１に示したＬ型ミラー５６を、ＸＹ面に平行な方向に並進移動させる。
【００４４】
ＸＹ微動ステージ５４の負荷は、ウエハチャック５５及びＬ型ミラー５６のみである。このため、ＸＹ微動ステージ５４の軽量化、小型化、及び高剛性化を図ることが可能になる。また、ＸＹ微動ステージ５４が軽量化されると、リニアアクチュエータ５３に加わるモーメント荷重が小さくなる。このため、リニアアクチュエータ５３の小型化、軽量化、及び高剛性化を図ることが可能になる。その代わりに、回転移動機構５２の負荷が増えるが、回転移動機構５２としては、比較的高剛性のものを容易に入手することができる。
【００４５】
リニアアクチュエータ５３の負荷となるＸＹ微動ステージ５４、ウエハチャック５５、及びＬ型ミラー５６の全体の重心が、リニアアクチュエータ５３の作用点５３Ａよりも、回転移動機構５２寄りに位置するような構成とされている。また、リニアアクチュエータ５３は、Ｚ軸を中心とした半径方向に関して、転がり軸受５２Ｃ及びＸＹ微動ステージ５４よりも外側に配置されている。このような構成のため、リニアアクチュエータ５３に加わる倒れモーメントをさらに小さくすることができる。
【００４６】
図４に示したウエハステージでは、ＸＹ微動ステージ５４が、回転移動機構５２の回転移動部５２Ｂに取り付けられている。このため、ＸＹ微動ステージ５４の相互に直交する２つの並進移動方向が、常にＸ軸及びＹ軸に平行になるとは限らない。ＸＹ微動ステージ５４の２つの並進移動方向のうちＸ軸に対応する軸をＵ軸とし、Ｙ軸に対応する軸をＶ軸とする。回転移動部５２Ｂが回転移動すると、Ｕ軸及びＶ軸も同じ角度だけ回転移動する。例えば、Ｕ軸の向きがＸ軸からずれた場合、ウエハチャック５５をＵ軸方向に並進移動させると、ウエハチャック５５は、Ｘ軸方向のみならずＹ軸方向にも移動してしまう。すなわち、クロストークが発生してしまう。以下、図５を参照して、クロストークの補償方法について説明する。
【００４７】
図５（Ａ）は、ウエハチャックにウエハ５９を吸着した直後の状態の正面図を示す。このとき、Ｕ軸はＸ軸に平行にされ、Ｖ軸はＹ軸に平行にされている。Ｌ型ミラー５６の反射面５６ＸはＵ軸に対して垂直であり、反射面５６ＹはＶ軸に対して垂直である。ウエハ５９の露光面には、そのオリエンテーションフラットの向きによりｘ軸及びｙ軸が画定されている。ウエハ５９をウエハチャック５５に真空吸着させたのみでは、ウエハ５９内に画定されたｘ軸が、露光装置のＸ軸と平行になるとは限らない。このため、ウエハチャック５５を回転移動させて、ウエハ５９内のｘ軸と露光装置のＸ軸とをほぼ平行にしなければならない。なお、θZ方向の最終的な微調整は、マスクステージ１２側で行われる。
【００４８】
図５（Ｂ）は、ウエハ５９内のｘ軸と露光装置のＸ軸とが平行になるようにウエハチャック５５を回転移動させた後の状態の正面図を示す。ウエハチャック５５を回転移動させたため、Ｕ軸の向きがＸ軸からずれる。図１に示した位置合わせ光学系１３は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のマスクとウエハとの位置ずれを検出する。この位置ずれから、ウエハチャック５５のＸ軸方向及びＹ軸方向の所望の移動量が求められる。
【００４９】
次に、ＸＹ微動ステージ５４の制御方法について説明する。まず、ウエハチャック５５をＵ軸方向にある距離だけ並進移動させる。このときのＸ軸方向の移動量ΔＸ及びＹ軸方向の移動量ΔＹを検出する。この移動量ΔＸ及びΔＹは、図１に示したレーザヘッド５７と光学ユニット５８とで構成されたレーザ干渉計で検出することができる。Ｕ軸とＸ軸とのなす角をθとすると、
【００５０】
【数１】
ｔａｎθ＝ΔＹ／ΔＸ
と表される。
【００５１】
Ｘ軸方向の所望の移動量がΔＸ1であるとき、ウエハチャック５５のＵ軸方向及びＶ軸方向の移動量ΔＵ1及びΔＶ1を、
【００５２】
【数２】
ΔＵ1＝ΔＸ1ｃｏｓθ
ΔＶ1＝−ΔＸ1ｓｉｎθ
とすればよい。
【００５３】
同様に、Ｙ軸方向の所望の移動量がΔＹ1であるとき、ウエハチャック５５のＵ軸方向及びＶ軸方向の移動量ΔＵ1及びΔＶ1を、
【００５４】
【数３】
ΔＵ1＝ΔＹ1ｓｉｎθ
ΔＶ1＝ΔＹ1ｃｏｓθ
とすればよい。
【００５５】
次に、図６を参照して、ウエハの受け渡し機構及び受け渡し方法について説明する。
【００５６】
図６（Ａ）は、ウエハチャック５５にウエハを受け渡すときのウエハステージシステムの部分正面図を示す。ＸＹ粗動ステージ５１を、露光時の位置からＸ軸の負の方向に移動した位置に、ウエハローディング装置（ローダ）６０が配置されている。ローダ６０は、ウエハを保持し移送するためのハンドリングアーム６０Ａを有する。ハンドリングアーム６０Ａは、ウエハを、その露光面がＺ軸に対して垂直になるように保持する。
【００５７】
ウエハをウエハチャック５５に受け渡す際には、図４に示したアクチュエータ５３を駆動してウエハチャック５５をＺ軸の正の向きに移動させ、図１に示したマスクステージ１２に保持されたマスクとウエハチャック５５との間隔を広げる。ウエハチャック５５のＺ軸方向の変位量は、例えば１０ｍｍ以下である。ＸＹ粗動ステージ５１をＸ軸の負の方向に並進移動させることにより、ウエハチャック５５をローダ６０の近傍まで移動させる。ＸＹ粗動ステージ５１のＸ軸方向の移動距離は、例えば１１０ｍｍである。
【００５８】
この状態で、ハンドリングアーム６０Ａに保持されたウエハが、ウエハチャック５５に受け渡される。ウエハがウエハチャック５５に吸着されると、ＸＹ粗動ステージ５１をＸ軸の正の方向に並進移動させて、ウエハを露光時の位置に配置する。
【００５９】
図６（Ｂ）は、ウエハチャック５５からウエハを受け取るときのウエハステージシステムの部分正面図を示す。ＸＹ粗動ステージ５１を、露光時の位置からＸ軸の正の方向に移動した位置に、ウエハアンローディング装置（アンローダ）６１が配置されている。アンローダ６１は、ウエハを保持し移送するためのハンドリングアーム６１Ａを有する。ハンドリングアーム６１Ａは、ウエハを、その露光面がＺ軸に対して垂直になるように保持する。
【００６０】
ウエハをウエハチャック５５から受け取る際には、図６（Ａ）に示した受け渡しの際と同様に、マスクとウエハチャック５５との間隔を広げる。ＸＹ粗動ステージ５１をＸ軸の正の方向に並進移動させることにより、ウエハチャック５５をアンローダ６１の近傍まで移動させる。この状態で、ハンドリングアーム６１Ａが、ウエハチャック５５に保持されたウエハを受け取る。
【００６１】
このように、ウエハの受け渡し及び受け取りの際のＸＹ粗動ステージ５１の移動は、Ｘ軸方向の１次元のみである。ウエハチャック５５のＺ軸方向の移動は、ＸＹ粗動ステージ５１をＺ軸方向に移動させることなく、ＸＹ微動ステージ５４をＺ軸方向に移動させることにより行われる。また、ウエハチャック５５を水平に配置するような姿勢変換を行わない。このため、ウエハの受け渡し及び受け取りの時間を短縮することができる。
【００６２】
次に、図７を参照して、マスクの受け渡し機構及び受け渡し方法について説明する。
【００６３】
図７は、マスクステージ１２の正面図を示す。ヘリウムチャンバ１１の正面にマスクステージ１２が取り付けられている。マスクステージ１２に、図２に示したマスクチャック２５が取り付けられている。ヘリウムチャンバ１１の上面に、マスク搬送装置１４及びマスクホルダ１５が取り付けられている。マスク搬送装置１４は、ハンドリングアーム１４Ａを有する。ハンドリングアーム１４Ａは、その支軸１４ＢがＺ軸方向に変位することにより、Ｚ軸に平行な方向に並進移動可能である。マスクホルダ１５内に、複数のマスク１６が保管されている。
【００６４】
マスク１６は、薄膜状のマスクパターンの周囲を円環状の支持部材で支持した円板状形状を有する。マスクホルダ１５内に保管されているマスク１６は、各々のマスクパターン面がＺ軸に垂直になるように配置され、Ｚ軸方向に配列している。マスク１６の各々の外周に、１箇所の切れ込み１６Ａが設けられている。マスクホルダ１５に、位置決めピン１５Ａが設けられている。マスク１６は、その切れ込み１６Ａが位置決めピン１５Ａに嵌め込まれることにより、Ｚ軸に平行な軸を中心とした回転方向の位置が決定される。
【００６５】
マスク搬送装置１４のハンドリングアーム１４ＡがＺ軸方向に並進移動し、マスクホルダ１５に格納されたマスク１６のうち所望のものを保持し、マスクチャック２５まで搬送する。マスクチャック２５にも、位置決めピン２５Ａが設けられており、マスク１６の切れ込み１６Ａが位置決めピン２５Ａに嵌め込まれることによって、そのＺ軸を中心とした回転方向の位置決めが行われる。また、マスクチャック２５に保持されたマスク１６は、ハンドリングアーム１４Ａによってマスクホルダ１５内に戻される。
【００６６】
上述のマスクの受け渡し機構においては、マスク１６がほぼ鉛直に立った姿勢のまま搬送が行われる。搬送時のマスク１６の姿勢変動は、Ｚ軸に平行な軸を中心とした回転移動のみである。Ｘ軸やＹ軸に平行な軸を中心とした回転移動（煽り）がないため、マスクの搬送時間の短縮化を図ることが可能である。
【００６７】
上記実施例では、Ｘ線を用いた近接露光装置について説明したが、露光光としてＸ線の代わりに紫外線や電子線を用いることも可能である。
【００６８】
Ｘ線源としてシンクロトロンを用いる場合には、Ｘ線がほぼ水平方向に放射される。このため、図１に示したようにマスク及びウエハがほぼ鉛直に立った配置とされる。露光光として紫外線や電子線を用いる場合には、マスクやウエハを鉛直に立てる必要はない。例えば、図１に示したＸＹ面が水平になるような配置としてもよい。
【００６９】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、近接露光装置において、ウエハやマスクの搬送時間を短縮させるとともに、装置の小型化及び高剛性化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による近接露光装置の分解斜視図である。
【図２】本発明の実施例による近接露光装置に用いられるマスクステージの断面図である。
【図３】本発明の実施例による近接露光装置のマスクステージを回転移動させるための駆動機構である。
【図４】本発明の実施例による近接露光装置に用いられるウエハステージの断面図である。
【図５】ウエハステージのＸ軸及びＹ軸方向への並進移動時のクロストークの補償方法を説明するためのウエハ用ＸＹ微動ステージの正面図である。
【図６】ウエハチャックへのウエハの受け渡し及びウエハチャックからのウエハの受け取り方法を説明するためのウエハステージ、ローダ及びアンローダの正面図である。
【図７】マスクチャックとマスクの搬送機構の正面図である。
【符号の説明】
１  基台
２  制御装置
１０  マスクステージシステム
１１  ヘリウムチャンバ
１２  マスクステージ
１３  位置合わせ光学系
１４  マスク搬送装置
１５  マスクホルダ
１６  マスク
２０  固定板
２１  ロータ
２２  転がり軸受
２３Ａ〜２３Ｃ  リニアアクチュエータ
２４Ａ〜２４Ｃ  作用点
２５  マスクチャック
２６Ａ〜２６Ｃ  弾性ヒンジ
２７  駆動機構
２８  スプリングプランジャ
２９  レバー
３０、３４、３６  ハウジング
３１  リニアガイド
３２、３３  テーブル
３５  粗動アクチュエータ
３５Ａ、３７Ａ、３８Ａ  作用点
３７  微動アクチュエータ
３８  ストッパ
３９  位置センサ
５０  ウエハステージシステム
５１  ＸＹ粗動ステージ
５２  回転移動機構
５３  リニアアクチュエータ
５４  ＸＹ微動ステージ
５５  ウエハチャック
５６  Ｌ型ミラー
５７  レーザヘッド
５８  光学ユニット
５９  ウエハ
６０  ローダ
６１  アンローダ
【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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