(57)【要約】【課題】  特に高い位置合わせ精度が用途において好適に使用される位置決めステージ装置を提供する。【解決手段】  ベース盤１上でＸＹ方向に移動可能に設けられたステージ２には、反射板３２２が取り付けられており、反射板３２２にレーザー光を照射してその反射光を捉えることでステージ２の位置を検出する位置センサとしてのレーザー干渉計３２の干渉計本体３２１がベース盤１にホルダー３２３を介して取り付けられている。ホルダー３２３は計測方向の一端でベース盤１に固定され、他端で干渉計本体３２１を保持しており、ホルダー３２３の計測方向の長さ及びの線熱膨張係数は、環境温度の変化による干渉計本体３２１と反射鏡３２２との距離の変化をキャンセルするよう定められている。【選択図】  図３
2017181923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース盤と、
ベース盤上で少なくとも一方向に移動可能に設けられたステージと、
ステージの当該一方向での位置を検出する位置センサと、
ホルダーと
を備えており、
位置センサは、波動を放出するセンサ本体と、放出された波動を反射させてセンサ本体に戻す反射部とを有するものであって、センサ本体がベース盤に取り付けられていて反射部がステージに設けられているか、又はセンサ本体がステージに取り付けられていて反射部がベース盤に設けられており、
ホルダーは前記一方向の一端で固定され、前記一方向の他端でセンサ本体又は反射部を保持しており、
ホルダーの前記一方向の長さ及びホルダーの前記一方向の線熱膨張係数は、環境温度の変化によるセンサ本体と反射部との距離の変化をキャンセルするよう定められていることを特徴とする位置決めステージ装置。
【請求項２】
前記位置センサは、センサ本体内に前記反射部とは別の参照用反射部を備えたレーザー干渉計であり、
前記ホルダーは、環境温度の変化により前記ベース盤が前記一方向に熱膨張する際の向きの手前側で固定され、先端側で前記センサ本体又は前記反射部を保持していること特徴とする請求項１記載の位置決めステージ装置。
【請求項３】
前記位置センサは、前記反射部として計測用反射部と参照用反射部とを前記センサ本体外に有するディファレンシャル型レーザー干渉計であり、
前記センサ本体は前記ベース盤に取り付けられており、
前記ホルダーは参照用反射部を保持していて計測用反射部はステージに設けられており、
前記ホルダーは、環境温度の変化により前記ステージが前記一方向に熱膨張する際の向きの手前側で前記ベース盤に固定され、先端側で参照用反射部を保持していること特徴とする請求項１記載の位置決めステージ装置。
【請求項４】
前記ホルダーは、線熱膨張係数の異なる材料を前記一方向において繋ぎ合わせて形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の位置決めステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の発明は、露光装置等に使用される位置決めステージ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
処理の対象物（以下、ワークという）をステージ上に載置して所定の位置に位置決めする位置決めステージ装置は、各種処理装置において盛んに使用されている。例えば、微細回路の形成等の目的で使用される露光装置は、露光のための光学系に対してワークを所定の位置に配置するため、位置決めステージ装置を搭載している。この種の用途の位置決めステージ装置は、露光するパターンの微細化の高精細化により高い位置決め性能が要求される。
特に、近年、二つのレーザー光をワーク上で重ね合わせて干渉させながら露光する二光束干渉露光装置が検討されている（特許文献２）。この種の露光装置では、ステップアンドリピートで干渉縞パターンの露光を行うため、サブミクロンからナノオーダー程度の特に高い位置決め性能が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３３３９２３号公報
【特許文献２】特開２０１５−１７０７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように特に高いアライメント精度が要求されるようになると、機構を構成する部材の僅かな熱膨張も問題となり得る。このような用途の装置の場合、装置はクリーンルーム内に配置され、クリーンルームは温度制御されていて摂氏数度以内の範囲の温度に保たれているが、それでも不十分であり、クリーンルーム内に恒温チャンバーを設け、恒温チャンバー内に装置を配置している。恒温チャンバー内は、高性能の温度制御装置により僅か±０．２〜０．３℃以内の温度に制御されている。それでも、装置の動作時等に生じるごく僅かな熱による温度変化により、機構の構成部材の寸法がごく僅かに変化し、これが位置あわせ性能に影響を与える。
本願の発明は、このような課題を解決するために為されたものであり、上記のような特に高い位置合わせ精度が要求される用途において好適に使用される位置決めステージ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、
ベース盤と、
ベース盤上で少なくとも一方向に移動可能に設けられたステージと、
ステージの当該一方向での位置を検出する位置センサと、
ホルダーと
を備えており、
位置センサは、波動を放出するセンサ本体と、放出された波動を反射させてセンサ本体に戻す反射部とを有するものであって、センサ本体がベース盤に取り付けられていて反射部がステージに設けられているか、又はセンサ本体がステージに取り付けられていて反射部がベース盤に設けられており、
ホルダーは前記一方向の一端で固定され、前記一方向の他端でセンサ本体又は反射部を保持しており、
ホルダーの前記一方向の長さ及びホルダーの前記一方向の線熱膨張係数は、環境温度の変化によるセンサ本体と反射部との距離の変化をキャンセルするよう定められているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記位置センサは、センサ本体内に前記反射部とは別の参照用反射部を備えたレーザー干渉計であり、
前記ホルダーは、環境温度の変化により前記ベース盤が前記一方向に熱膨張する際の向きの手前側で固定され、先端側で前記センサ本体又は前記反射部を保持しているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記位置センサは、前記反射部として計測用反射部と参照用反射部とを前記センサ本体外に有するディファレンシャル型レーザー干渉計であり、
前記センサ本体は前記ベース盤に取り付けられており、
前記ホルダーは参照用反射部を保持していて計測用反射部はステージに設けられており、
前記ホルダーは、環境温度の変化により前記ステージが前記一方向に熱膨張する際の向きの手前側で前記ベース盤に固定され、先端側で参照用反射部を保持しているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項１乃至３いずれかの構成において、前記ホルダーは、線熱膨張係数の異なる材料を前記一方向において繋ぎ合わせて形成されたものであるという構成を有する。
【発明の効果】
【０００６】
以下に説明する通り、本願発明によれば、環境温度の変化によるセンサ本体と反射部との距離の変化がホルダーの熱膨張によってキャンセルされるので、熱膨張の影響でステージの位置を誤って判断してしまうエラーが無くなる。
また、請求項３の発明によれば、ディファレンシャル型レーザー干渉計が使用されているので、ベース盤の熱膨張の影響を考慮する必要がなくなる。このため、環境温度の変化による熱膨張の影響をキャンセルする設計が容易となる。
また、請求項４の発明によれば、線熱膨張係数の異なる異種材料の部材を繋ぎ合わせることでホルダーが形成されているので、環境温度の変化による熱膨張の影響をキャンセルする設計がより容易となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第一の実施形態の位置決めステージ装置の正面断面概略図である。
【図２】図１の位置決めステージ装置の平面概略図である。
【図３】第一の実施形態の位置決めステージ装置におけるホルダー３１３，３２３の技術的意義について示した概略図である。
【図４】ホルダー３１３，３２３の長さの選定について示したグラフである。
【図５】第一の実施形態の位置決めステージ装置の効果を確認した実験の結果を示した図である。
【図６】第二の実施形態の位置決めステージ装置の正面断面概略図である。
【図７】第二の実施形態の位置決めステージ装置の平面概略図である。
【図８】第二の実施形態の位置決めステージ装置におけるホルダー３３４，３４４の技術的意義について示した概略図である。
【図９】第二の実施形態の位置決めステージ装置におけるホルダーの設計例について示した図である。
【図１０】第二の実施形態の位置決めステージ装置の効果について確認した実験の結果を示す図である。
【図１１】第三の実施形態の位置決めステージ装置の主要部の概略図である。
【図１２】第三の実施形態の技術的意義を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に、本願発明を実施するための形態（以下、実施形態）について説明する。
図１は、第一の実施形態の位置決めステージ装置の正面断面概略図であり、図２は図１の位置決めステージ装置の平面概略図である。図１に示す位置決めステージ装置は、前述したような露光装置に搭載されて露光対象であるワークＷの位置決めを行う装置となっている。したがって、図１には、露光装置全体の概略構成が示されている。但し、本願発明の位置決めステージ装置は、この用途に限定されるものではない。
【０００９】
図１において、露光装置は、クリーンルーム内に設置された恒温チャンバー内に配置されている。図１に示すように、露光装置は、露光光学系６と、露光光学系６により所定のパターンの光が照射されている位置にワークＷを位置決めする位置決めステージ装置とを備えている。露光光学系６による所定のパターンの光照射位置は、所定の基準点に対して設定されている。以下、この基準点を露光中心と呼び、図１にＥで示す。
実施形態の位置決めステージ装置は、ベース盤１と、ベース盤１上で少なくとも一方向に移動可能に設けられたステージ２と、ステージ２の当該一方向での位置を検出する位置センサとを備えている。
【００１０】
ベース盤１は、恒温チャンバーの床に設置された不図示の防振台上に搭載されている。ベース盤１は、いわゆる定盤となっており、歪み等が生じないように内部応力を十分に緩和させた部材である。この実施形態では、ベース盤１は、石製のもの（石定盤）となっている。この他、鋳物のような金属製の部材が使用されることもある。
ステージ２は、露光されるワークＷが上面に載置される部材である。ステージ２は、上面が光軸Ａに対して垂直となる姿勢で配置されている。上面には、ワークＷを吸着（真空吸着又は静電吸着）する機構が設けられている。
【００１１】
この実施形態では、ステージ２は、光軸Ａに対して垂直な面内において互いに直交する二つの方向（ＸＹ方向）に移動するものとなっており、ステージ２にはＸＹ移動機構４が付設されている。ＸＹ移動機構４は、Ｘ方向移動ガイド４１と、Ｙ方向移動ガイド４２とを含んでいる。例えば図１の紙面に垂直な方向をＸ方向とすると、Ｘ方向移動ガイド４１の上にＹ方向移動ガイド４２が搭載され、Ｙ方向移動ガイド４２の上にステージ２が搭載されている。Ｘ方向移動ガイド４１及びＹ方向移動ガイド４２は、例えばリニアモータを内蔵した構成とされる。Ｘ方向移動ガイド４１は、リニアモータによりＹ方向移動ガイド４２及びステージ２をＸ方向に移動させ、Ｙ方向移動ガイド４２はリニアモータによりステージ２をＹ方向に移動するよう構成される。
【００１２】
尚、この実施形態では、露光中心Ｅは露光光学系６の光軸Ａ上に設定されている。ＸＹ移動機構は、ステージ２のワーク載置面が露光中心Ｅを通り光軸Ａに垂直な面内で移動するようステージ２を移動させる機構となっている。
また、図２に示すように、露光装置はコントローラ５を備えている。コントローラ５は、ステージ２が位置すべき位置に従ってＸＹ移動機構４に制御信号に送り、ステージ２上のワークＷの位置決めを行う。即ち、コントローラ５は、ステージ２を露光中心に対して所定の位置に位置決めするための制御信号をＸＹ移動機構４に送る。ＸＹ移動機構４は、制御信号に従って駆動し、ステージ２を所定の位置に位置させる。
【００１３】
位置センサは、このような位置決めの監視、位置決めの精度をより高くする目的で配置されている。位置センサは、波動を放出して対象物に照射して反射させ、戻ってきた波動を捉えて位置を検出するセンサであり、センサ本体と、放出された波動を反射させてセンサ本体に戻す反射部とを有する。
より具体的には、この実施形態では、位置センサとしてレーザー干渉計３１，３２が使用されている。レーザー干渉計３１，３２は、干渉計本体３１１，３２１と、反射部としての反射板３１２，３２２とを有している。この実施形態では、レーザー干渉計３１，３２は、干渉計本体３１１，３２１内に参照用反射部を有する通常のタイプのものとなっている。反射板３１２，３２２は計測用であり、この実施形態では板状のものとなっている（以下、計測用反射板という）。
【００１４】
位置センサは、位置決めの監視及び位置決め精度向上の目的を達成するものであり、図２に示すようにＸ方向及びＹ方向にそれぞれ設けられている。以下、Ｘ方向用の干渉計本体３１１、計測用反射板３１２をＸ方向干渉計本体、Ｘ方向計測用反射板と呼び、Ｙ方向用の干渉計本体３２１、計測用反射板３２２をＹ方向干渉計本体、Ｙ方向計測用反射板という。
図１及び図２に示す装置において、ワークＷがステージ２上に載置された状態で、コントローラ５はＸＹ移動機構４に制御信号を送り、ステージ２をＸ方向及び又はＹ方向に逐次移動して所定位置に位置させる。この逐次移動は、ウエハのようなワークＷの場合、１個のチップを産出する領域に１回の露光を行うための逐次移動の他、二光束干渉露光の場合のように干渉縞のパターンをステップアンドリピートでワークＷの表面の全域に転写するための逐次移動の場合もある。
いずれにしても、コントローラ５は、各回の露光の合間にＸＹ移動機構４に制御信号を送り、次の露光を行うワークＷ内の領域が露光中心に対して所定の位置に位置するようＸＹ移動機構４を動作させる。ＸＹ移動機構４による逐次移動が終了した後、次の露光が行われる。
【００１５】
上記ＸＹ移動機構４による逐次移動の際、レーザー干渉計３１，３２は、位置決めの監視及び位置決め精度向上の目的を果たす。即ち、各干渉計本体３１１、３２１の出力はコントローラ５に入力される。ＸＹ移動機構４及び各レーザー干渉計３１，３２は、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれについてクローズドループの制御系を構成している。コントローラ５は、ＸＹ移動機構４に制御信号を送った後、Ｘ方向干渉計３１からの出力に従ってＸ方向においてステージ２が正しい位置に位置しているかどうか判断し、位置していなければ、位置するようにさらに制御信号を送ってフィードバック制御する。また、Ｙ方向についても、Ｙ方向干渉計３２からの出力に従って正しい位置に位置しているか判断し、同様にフィードバック制御する。
【００１６】
このようなフィードバック制御が行われる実施形態の位置決めステージ装置は、前述したごく僅かな熱膨張によっても生じ得る位置決め精度低下の問題を解決する特別の構成を備えている。具体的に説明すると、実施形態において、レーザー干渉計３１，３２は、ベース盤１に固定されたホルダー３１３，３２３により保持されている。ホルダー３１３，３２３の形状や材質、固定構造等は、ベース盤１の熱膨張の問題を効果的に解決するよう最適化されている。以下、この点について詳説する。
【００１７】
図３は、第一の実施形態の位置決めステージ装置におけるホルダー３１３，３２３の技術的意義について示した概略図である。このうち、図３（１）は、ホルダー無しにレーザー干渉計が取り付けられている場合の問題を概略的に示し、図３（２）は、ホルダーによってベース盤１の熱膨張がキャンセルされる様子を概略的に示す。図３は、図１と同様、Ｙ方向に沿った断面図であり、したがって一例としてＹ方向干渉計本体３２１を保持したホルダー３２３の技術的意義を示す。
位置決めステージ装置が配置された雰囲気の温度が僅かに上昇し、この結果、ベース盤１の温度も僅かに上昇したとする。この場合、図３（１）に示すように、ベース盤１がＹ方向に僅かに熱膨張するため、Ｙ方向干渉計本体３２１もＹ方向に僅かに変位する。この結果、コントローラ５に誤った信号が出力され、Ｙ方向について誤った位置に位置決めをしてしまう。
【００１８】
即ち、コントローラ５がＹ方向に＋ΔＤだけ移動するよう制御信号を送り（紙面上右側を＋とする）、ＸＹ移動機構４が＋ΔＤだけＹ方向にステージ２を移動させてステージ２が正しい位置に位置したとする。この場合、移動前のＹ方向干渉計本体３２１とＹ方向反射板３２２の距離がＤだとすると、熱膨張がない場合、Ｙ方向干渉計３２は、Ｄ＋ΔＤの距離を計測している場合、正しい位置に位置していると判断がされることになる。しかしながら、ベース盤１が当該移動の向きに熱膨張しており、その長さはＹ方向干渉計本体３２１の固定位置においてΔＤ’だとすると、Ｙ方向干渉計３２の計測値は、Ｄ＋ΔＤ＋ΔＤ’ということになる。この場合、この計測値が出力されたコントローラ５は、位置が間違っていると判断し、計測値がＤ＋ΔＤの値で一定になるようにＸＹ移動機構４に制御信号を送る。この結果、ステージ２は、Ｙ方向の図３の紙面上右側にΔＤ’だけ進むように移動し、この分だけ誤った位置に位置してしまうことになる。
【００１９】
一方、実施形態の位置決めステージ装置では、ホルダー３２３を介してＹ方向干渉計本体３２１がベース盤１に取り付けられており、ホルダー３２３はベース盤１に固定されている。ホルダー３２３は、Ｙ方向の＋側の端部においてベース盤１に対して例えばネジ止めで固定されている。したがって、ホルダー３２３のＹ方向の熱膨張は実質的に−側のみとなる。ベース盤１がＹ方向に＋ΔＤ’だけ熱膨張した際、ホルダー３２３も熱膨張するがその向きは−側である。したがって、ホルダー３２３の熱膨張が｜ΔＤ’｜になるようにしておけば、ベース盤１の熱膨張は結果的にキャンセルされ、Ｙ方向干渉計の計測値は、ベース盤１の熱膨張によらずに正しいＤ＋ΔＤの距離ということになる。
【００２０】
ここで、ホルダー３２３のＹ方向の長さをａ、ホルダー３２３の線熱膨張係数をαａ、予想される温度変化をΔＴとした場合、ホルダー３２３のＹ方向の熱膨張は、ａ×αａ×ΔＴとなるから、これがΔＤ’に等しくなるように、ａ及びαａを定めれば良い。実際には、使用するホルダー３１３，３２３の材質によりαａは既知（カタログ値又は実測値）であるから、αａに従ってａを定めることになる。尚、ａは、厳密には、ベース盤１に対するホルダー３２３の固定箇所とホルダー３２３に対するＹ方向干渉計本体３２１の固定箇所とを結んだ線分（この線分はＹ方向に向いている）の距離である。
【００２１】
上記計算は、ステージ２の膨張分は無視している。図２から解るようにステージ２の熱膨張はＹ方向干渉計３２による計測距離を縮めるよう作用するから、ΔＴにおけるステージ２の熱膨張をΔＳであるとすると、実際のＹ方向干渉計３２の計測値は、Ｄ＋ΔＤ＋ΔＤ’−ΔＳということになる。したがって、ステージ２の熱膨張も加味した場合、ホルダー３２３の熱膨張が｜ΔＤ’−ΔＳ｜になるようにホルダー３２３の材質及び長さを選定する。
【００２２】
このように、実施形態の位置決めステージ装置は、ホルダー３１３，３２３がベース盤１の熱膨張と逆向きに熱膨張するように取り付けられており、その熱膨張量がベース盤１の熱膨張に見合うようにホルダー３１３，３２３の材質と長さが選定されているので、ベース盤１の熱膨張がキャンセルされ、熱膨張の影響でステージ２の位置を誤って判断してしまうエラーが無くなる。上記説明ではＹ方向を例にしたが、Ｘ方向についても同様である。即ち、Ｘ方向干渉計本体３１１は別のホルダー３１３によってベース盤１に取り付けられており、ホルダー３１３はＸ方向の＋側（ベース盤１が熱膨張する向き）の端部においてベース盤１に固定され、ホルダー３１３の材質及び長さは、Ｘ方向のベース盤１の熱膨張をキャンセルするように選定されている。
【００２３】
次に、ホルダー３１３，３２３の長さの選定についてより具体的に説明する。図４は、ホルダー３１３，３２３の長さの選定について示したグラフである。
ホルダー３１３，３２３の材質及び長さは、ベース盤１の熱膨張をキャンセルするように定めると説明したが、ベース盤１の熱膨張量、特にホルダー３１３，３２３を固定した部分の熱膨張による変位量ΔＤ’は、ベース盤１の大きさ、取り付け構造、及び温度変化幅によって異なる。この場合、ベース盤１の材質の線熱膨張係数に従って変位量ΔＤ’を計算により求めることもできるが、ホルダー３１３，３２３の固定箇所にセンサを設けて実際に計測することもできる。
【００２４】
図４において、計算又は測定により求めたベース盤１の熱膨張の一例が示されている。この例では、温度変化ΔＴが０．１℃、０．２℃、０．４℃の各場合を示している。また、図４の横軸はホルダー３１３，３２３の長さ（ｍｍ）であり、縦軸は、全体の熱膨張変位である。全体の熱膨張変位量とは、ホルダー３１３，３２３の熱膨張をΔＨとすると、ΔＤ’−ΔＨである（ステージ２の熱膨張を加味する場合には、ΔＤ’−ΔＳ−ΔＨ）。
図４においてホルダー３１３，３２３の長さが０の場合（縦軸上）の熱膨張変位量は、ホルダー３１３，３２３がない場合（従来例）の誤差量を示しており、ΔＴが０．１℃の場合には４４０ｎｍ程度、０．２℃場合には９００ｎｍ程度である。
【００２５】
この例では、ホルダー３１３，３２３の長さａが２００ｍｍのとき、全体の熱膨張変位量がゼロとなる計算結果となっている。仮に、例えば０．２℃の温度変化に対して９００ｎｍ変位する従来例の熱膨張誤差量に対してこれを１／２以下に減らすように設定する場合、図３中にハッチングして示すように、ホルダー３１３，３２３の長さａは１００〜２００ｍｍの範囲であれば良いことになる。また、０．４℃の温度変化に対して１／２以下に減らすのであれば、１５０〜２００ｍｍの範囲内で選定することになる。いずれにしても、恒温チャンバー内での想定し得る温度変化ΔＴの最大幅を考慮し、ホルダー３１３，３２３の長さａを選定する。
【００２６】
図５は、第一の実施形態の位置決めステージ装置の効果を確認した実験の結果を示した図である。この例では、ホルダー３１３，３２３の材質はアルミであり、ホルダー３１３，３２３の長さは１５０ｍｍとされた。図５の横軸は時間であり、１８００秒程度の時間内における温度変化が示されている（温度のスケールは縦軸右側）。この例では、１８００秒程度の測定スパンにおいて、ステージ２の位置を動かさずに干渉計本体から出力をモニタし、熱膨張誤差が発生しているかどうか（ベース盤１の熱膨張の影響で干渉計本体の位置が変位しているか）を調べた。図５の縦軸の左側が、熱膨張誤差量のスケール（ｎｍ）である。
【００２７】
図５には、従来例としてホルダー３１３，３２３を使用しないでベース盤１にそのまま干渉計本体を固定した場合と、第一の実施形態のようにホルダー３１３，３２３を使用して固定した場合の結果が示されている。ホルダー３１３，３２３の材質はアルミであり、ホルダー３１３，３２３の長さは１５０ｍｍとされた。
この例では、１８００秒程度のスパンで０．０２℃程度の環境温度の変化（温度上昇）が計測された。図５に示すように、ホルダー３１３，３２３の無い従来例の場合、温度変化に追従するようにして熱膨張誤差量が多くなっていっていることが確認された。０．０２℃上昇時の熱膨張誤差量は、４５ｎｍ程度であった。一方、実施形態のようにホルダー３１３，３２３を使用した場合、熱膨張誤差の発生は少なく抑えられており、０．０２℃上昇時でも１７ｎｍ程度であった。即ち、ホルダー３１３，３２３を使用することで熱膨張誤差量が半分以下に抑えられることが確認された。
【００２８】
次に、第二の実施形態の位置決めステージ装置について説明する。
図６及び図７は、第二の実施形態の位置決めステージ装置の概略図であり、図６は正面断面概略図、図７は平面概略図である。第二の実施形態の位置決めステージ２も、同様に、ベース盤１と、ベース盤１上で少なくとも一方向に移動可能に設けられたステージ２と、波動を放出して反射板に反射させることによりステージ２の当該一方向での位置を検出する位置センサとを備えている。そして、ステージ２はＸＹ移動機構４を備えていてＸＹ方向に移動可能となっており、ステージ２の移動量の制御及び移動後の位置の監視の目的でＸＹ方向についてそれぞれ位置センサが設けられている。
【００２９】
第二の実施形態が第一の実施形態と異なるは、各位置センサとしてディファレンシャル型レーザー干渉計３３，３４が使用されている点である。ディファレンシャル型レーザー干渉計は、参照用のレーザー光を外部に出射し、外部の任意の位置に配置された参照用反射板に反射させて戻ってきたレーザー光を参照用として利用するタイプの干渉計である。移動距離や位置を計測する計測用のレーザー光については、通常のレーザー干渉計と同様に対象物に取り付けた反射板（以下、計測用反射板）に反射させ、戻ってきた光を参照用レーザー光と干渉させる。尚、各ディファレンシャル型レーザー干渉計３３，３４は、干渉計本体３３１，３４１と、参照用反射板３３２，３４２と、計測用反射板３３３，３４３とを有している。
【００３０】
第二の実施形態では、各参照用反射板３３２，３４２がホルダー３３４，３４４によりベース盤１に固定されている。各ホルダー３３４，３４４（以下、Ｘ方向ホルダー３３４、Ｙ方向ホルダー３４４という）は、図７に示すように平面視Ｌ字形のアーム状の部材である。そして、Ｘ方向参照用反射板３３２はＹ方向の中央の位置でＸ方向ホルダー３３４により保持され、Ｙ方向参照用反射板３４２はＹ方向の中央の位置でＹ方向用ホルダー３４４により保持されている。
【００３１】
この実施形態でも、各ホルダー３３４，３４４は片持ち状態（一方の側の端部のみが固定された状態）となっている。各ホルダー３３４，３４４の固定先は、ステージ２以外の部材であれば（ステージ２と一体に移動しない状態であれば）特に限定されないが、各ホルダー３３４，３４４ともベース盤１に固定されている。図７に示すように、Ｘ方向ホルダー３３４はベース盤１のＸ方向の中央位置でベース盤１に固定され、Ｙ方向ホルダー３４４はベース盤１のＹ方向の中央位置でベース盤１に固定されている。
【００３２】
また、各干渉計本体３３１，３４１は、ベース盤１に固定されている。図７に示すように、Ｘ方向干渉計本体３３１はベース盤１のＸ方向の端部に固定され、Ｙ方向干渉計本体３４１はベース盤１のＹ方向の端部に固定されている。ベース盤１は、周縁部が上方に突出していてその上部に各干渉計本体３３１，３４１が固定されているように描かれているが、周縁部に台座を設けて固定しても良い。
【００３３】
第二の実施形態においても、環境温度の変化による熱膨張を要因として各レーザー干渉計３３，３４の構成要素は変位する。しかしながら、ディファレンシャル型であるので、熱膨張による変位のうちベース盤１の熱膨張のよるものはキャンセルされる。そして、ステージ２の熱膨張の影響は残るが、ホルダー３３４，３４４の材質と長さを適宜選定することで、ステージ２の熱膨張もキャンセルされ、その結果、全体として熱膨張誤差量が十分に低減された位置決めが行える。この点について、図８を参照して詳説する。図８は、第二の実施形態の位置決めステージ装置におけるホルダー３３４，３４４の技術的意義について示した概略図である。
【００３４】
ディファレンシャル型レーザー干渉計において、参照用反射板は参照用の反射レーザー光を得るものであるので、本来的には変位してはいけないものである。しかしながら、干渉計本体も変位する場合、干渉計本体と参照用反射板とが同じ向きに同じ距離だけ変位するのであれば、参照用反射板が変位していないのと等価であり、問題はない。第二の実施形態の位置決めステージ装置は、ホルダー３３４，３４４の材質及び長さを選定することにより、これを達成するものとなっている。
【００３５】
同様に、Ｙ方向の位置決めを例にして説明する。図８は、Ｙ方向に沿った断面概略図となっている。図８において、ホルダー３４４の長さをａ、ステージ２のＹ方向の長さをｂ、ベース盤１の中心ＡからＹ方向干渉計本体３４１までの距離の２倍をｃとする。また、Ｙ方向参照用反射板３４２とＹ方向計測用反射板３４３とのＹ方向での離間距離をＬ、Ｙ方向干渉計本体３４１に対するＹ方向参照用反射板３４２の離間距離をＬａ、Ｙ方向干渉計本体３４１に対するＹ方向計測用反射板３４３までの離間距離をＬｂとする。
この場合、Ｌ、Ｌａ、Ｌｂとの間には、以下の式１の関係が成立する。
【数１】
2017181923.tif 000003
【００３６】
また、温度変化が生じて各部材が熱膨張（又は熱収縮）したときのＬａの変化量をΔＬａ、Ｌｂの変化量をΔＬｂとすると、ΔＬａ及びΔＬｂは、以下の式２で表される。式２において、αａはホルダー３４４の線熱膨張係数、αｂはステージ２の線熱膨張係数、αｃは、ベース盤１の線熱膨張係数である。
【数２】
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Ｙ方向参照用反射板３４２とＹ方向計測用反射板３４３との距離Ｌの熱膨張による変化をΔＬとすると、ΔＬは全体の熱膨張誤差量であり、このΔＬは、式２から以下の式３で表される。
【数３】
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【００３７】
Ｙ方向計測用反射板３４３とＹ方向参照用反射板３４２とが同じ向きに同じ長さだけ熱膨張するということは、ΔＬａとΔＬｂとが等しくなることであり、全体の熱膨張誤差量ΔＬがゼロになるということである。即ち、ａ・αａと（ｂ／２）・αｂとが等しくなれば、熱膨張の影響を受けずに常に正しくステージ２の位置を計測することができる。そして、式３にベース盤１の熱膨張の項が存在していないことから明かなように、ベース盤１の熱膨張はキャンセルされる。つまり、ベース盤１の線熱膨張係数やＹ方向干渉計本体３４１の取り付け位置は考慮する必要がなく、ステージ２の大きさと線熱膨張係数αｂに応じてホルダー３４４の長さａと線熱膨張係数αａを選定すれば良い。このため、環境温度の変化による熱膨張をキャンセルするための設計が容易となる。
【００３８】
次に、第二の実施形態の位置決めステージ装置の設計例（実施例）について説明する。図９は、第二の実施形態の位置決めステージ装置におけるホルダーの設計例について示した図である。この例では、ステージのベース盤の中心からの長さ（ｂ／２）は１５０ｍｍ、干渉計本体のベース盤の中心からの距離（ｃ／２）は７５０ｍｍ、ステージの線熱膨張係数αｂ、ベース盤の線熱膨張係数αｃはともにΔＴ＝０．２℃において８ｐｐｍであることを前提とした。
図９の横軸はホルダーの長さ（ｍｍ）、縦軸は全体の熱膨張誤差量ΔＬ（ｎｍ）である。図９中には、ホルダーの材質がチタン、スチール（ＳＳ４００）、アルミ、インバーとした場合が示されている。
【００３９】
図９に示すように、ホルダーの材質がチタン、スチール、アルミである場合のそれぞれについて、ホルダーの長さを適宜選定することで熱膨張誤差量ΔＬをゼロにすることができる。インバーについても、図９では描ききれていないが、同様にホルダーの長さを適宜選定することで熱膨張誤差量ΔＬをゼロにすることができる。尚、図９中の破線は、ディファレンシャル型ではない通常のレーザー干渉計を位置センサとして用いた場合を示す。この場合は、７５０ｍｍの位置に通常の干渉計本体が位置しているのみなので、９７０ｎｍ程度の熱膨張誤差量が発生する。
【００４０】
図１０は、このような第二の実施形態の位置決めステージ装置の効果について確認した実験の結果を示す図である。図１０も、図５と同様、１８００秒程度のスパンにおいて生じた温度変化（この例では０．０９℃程度）における熱膨張誤差量を示している。
図１０に示すように、ディファレンシャル型ではない通常のレーザー干渉計をベース盤に直付けした従来例の場合、０．０９℃程度の環境温度の変化において１００ｎｍ程度の熱膨張誤差が発生している。一方、第二の実施形態の位置決めステージ２の場合、温度変化にかかわらず熱膨張誤差はほぼゼロとなっている。尚、この例で使用されたホルダーの材質はチタンであり、ホルダーの長さは２７３ｍｍとされた。
【００４１】
次に、第三の実施形態について説明する。
図１１は、第三の実施形態の位置決めステージ装置の主要部の概略図である。第三の実施形態の位置決めステージ装置は、第二の実施形態とほぼ同様であるが、ホルダー３３４，３４４の構造が異なっている。図１１には、一例としてＹ方向ホルダー３４４が示されている。図１１に示すように、第三の実施形態におけるＹ方向ホルダー３４４は、長さ方向（Ｙ方向）に沿った部位が二つの異なる材料の部材３４５，３４６を繋ぎ合わせることで形成されている。例えば、第一の部材３４５はアルミ製であり、第二の部材３４６はインバー製とされる。二つの部材３４５，３４６は、ろう付け又は共晶接合等の方法で繋ぎ合わされている。Ｘ方向ホルダー３３４も同様であり、長さ方向（Ｘ方向）に沿った部位が異種材料の二つの部材を繋ぎ合わせて形成されている。
【００４２】
図１２は、第三の実施形態の技術的意義を示した図である。
第三の実施形態のようにホルダー３３４，３４４を異種材料で形成することは、他の部材との関連で必要な長さを確保しつつ熱膨張誤差をゼロにすることを可能にする意義を有する。ホルダー３３４，３４４は、参照用反射板３３２，３４２を保持するためのものであり、参照用反射板３３２，３４２はステージ２の移動の邪魔にならない位置に配置される必要がある。そして、熱膨張量の計算や予測を容易にするためホルダー３３４，３４４の固定位置はＸ方向又はＹ方向で見た際のベース盤１の中心（熱膨張の中心）であることが望ましく、したがってある程度の長さが必要である。その一方、前述したように、熱膨張誤差量をゼロにできるホルダー３３４，３４４の長さは、ホルダー３３４，３４４の線熱膨張係数との関係で決まってしまう。つまり、参照用反射板３３２，３４２を適切な位置で保持することと熱膨張誤差量をゼロにすることの双方を満足することができない場合があり得る。
【００４３】
第三の実施形態は、上記の点を考慮したものであり、ホルダー３３４，３４４を異種材料の部材を繋ぎ合わせて形成することで全体の線熱膨張係数を調整し、これによって参照用反射板３３２，３４２の適切な位置での保持と熱膨張誤差の解消とを両立させている。より具体的に説明すると、図１２は、図９と同様の図であり、ΔＴ＝０．２℃におけるホルダー３３４，３４４の長さと熱膨張誤差量との関係を示したものである。図１２において、インバーを使用した場合が示されているが、インバーの熱膨張誤差量が示されている。
【００４４】
インバーを使用すると、熱膨張係数が非常に小さいので熱膨張誤差をゼロにする長さａは非常に長くなる。この場合、例えばアルミとインバーとを組み合わせ、アルミを３５ｍｍ程度、インバーを２６０ｍｍとして両者を繋ぎ合わせると、図１２に示すように、全体の長さ５９０ｍｍ程度で熱膨張誤差量をゼロにすることができる。したがって、ステージ２の大きさやステージ２の移動範囲との関係でホルダー３３４，３４４の長さが５９０ｍｍ程度の場合、この組み合わせが好適ということになる。容易に理解できるように、他の材料の組み合わせでも、適宜長さを選定して組み合わせれば、所望の全体の長さにおいて熱膨張誤差量をゼロにすることができる。したがって、熱膨張誤差量がゼロになる長さが、ステージ２の大きさやステージ２の移動範囲との関係で決まる長さとなるように材料の組み合わせと各長さを選定する。場合によっては、三つ以上の異なる材料の部材を繋ぎ合わせることもあり得る。
【００４５】
上記各実施形態では、位置センサとしてレーザー干渉計を使用したが、他の位置センサが使用される場合もある。本願発明が解決する問題は、波動を放出してその反射波が戻ってくる状況でステージ２の位置検出を行う場合に生じる問題であるから、超音波センサ等、上記の点で原理が共通している他の位置センサを用いる場合にも技術的意義が発揮される。
以上の説明において、位置決めステージ装置は各種露光装置に使用されると説明したが、本願発明の位置決めステージ装置は、他の用途でも使用され得る。例えば、ウエハを貼り合わせて積層構造を得る貼り合わせ装置に使用することができる。
尚、上記各実施形態において、ホルダーの長さはＸ方向とＹ方向とで異なる場合があり得る。ベース盤１が平面視で正方形ではなく、Ｘ方向、Ｙ方向で熱膨張量が異なる場合、それに応じて各ホルダーも適宜異なった長さとされる。
【００４６】
また、第二、第三の実施形態において、Ｘ方向ホルダー３３４の固定箇所はＸ方向ではベース盤１の中心と同じ位置とされ、Ｙ方向ホルダー３４４の固定箇所はＹ方向ではベース盤１の中心と同じ位置とされたが、これは、ベース盤１の熱膨張の中心（原点）がベース盤１の中心であることが前提となっている。ベース盤１の形状や取付構造によっては中心を原点として熱膨張しない場合もあり、その場合には熱膨張中心（又はその付近）と各方向で一致するように固定箇所が選定される。
【００４７】
尚、第二、第三の実施形態において、ホルダー３３４，３４４の固定先はベース盤１でない場合もある。環境温度の変化により変位しない箇所又は変位が既知である箇所に対してホルダー３３４，３４４が固定されていても、前述した各式は成り立ち、同様に実施可能である。
また、上記各実施形態では、各反射部は反射板であったが、ベース盤１やホルダー３１３，３２３，３３４，３４４の表面に反射膜を蒸着して反射部としたり、表面を鏡面加工して反射部としたりすることもあり得る。
【符号の説明】
【００４８】
１  ベース盤
２  ステージ
３１  レーザー干渉計
３１１  干渉計本体
３１２  計測用反射板
３１３  ホルダー
３２  レーザー干渉計
３２１  干渉計本体
３２２  計測用反射板
３２３  ホルダー
３３  ディファレンシャル型レーザー干渉計
３３１  干渉計本体
３３２  参照用反射板
３３３  計測用反射板
３３４  ホルダー
３４  ディファレンシャル型レーザー干渉計
３４１  干渉計本体
３４２  参照用反射板
３４３  計測用反射板
３４４  ホルダー
４  ＸＹ移動機構
５  コントローラ
６  露光光学系
【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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