JP2002043213A

JP2002043213A - ステージ装置および露光装置

Info

Publication number: JP2002043213A
Application number: JP2000224507A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Tanaka; 慶一田中
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2002-02-08
Also published as: KR20020009483A; TW511148B

Abstract

(57)【要約】【課題】ステージ本体が移動した際にも、用力供給部
材に起因する外乱を低減させる。【解決手段】用力を供給する用力供給部材１２９が接
続され、第１固定子に沿って定盤１２上を移動するステ
ージ本体ＷＳ１を備える。第１固定子と分離して設置さ
れた第２固定子１１１と、用力供給部材１２９を中継す
るとともに第２固定子１１１に沿ってステージ本体ＷＳ
１と同期移動する用力供給ステージ１１５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステージ本体が固
定子に沿って定盤上を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マ
スクのパターンを基板に露光する露光装置に関し、特に
液晶表示素子や半導体素子等のデバイスを製造する際
に、リソグラフィ工程で用いて好適なステージ装置およ
び露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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。

【０００３】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８−１６６
０４３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。

【０００４】このようなステッパやスキャニング・ステ
ッパでは、焦点位置調整のために光軸方向への移動やレ
ベリング調整可能で負圧吸引等の吸着手段によってウエ
ハを保持するテーブル（ステージ本体）をステージ上に
設置し、これらテーブルおよびステージを非接触ベアリ
ングであるエアベアリングによって浮揚させた状態で、
リニアモータ等の駆動装置により定盤上を移動させてい
る。そして、テーブル上には、検出光を反射する移動鏡
を配設し、移動鏡に対向配置されたレーザ干渉計等の位
置検出装置から検出光を照射し、移動鏡からの反射光に
基づいてステージとの間の距離を計測することで、ウエ
ハの位置を高精度に検出している。レチクルにおいても
同様に、レチクルを吸着保持するレチクルステージ（ス
テージ本体）上に移動鏡を設け、位置検出装置から検出
光を照射し、レチクルステージとの間の距離を計測する
ことで、レチクルの位置を高精度に検出している。

【０００５】上記テーブル、レチクルステージ等のステ
ージ本体には、各種用力が供給される用力供給部材とし
ての配管・配線が接続されている。具体的には、エアベ
アリング用のエアを用力として供給する配管、吸着手段
用の負圧を用力として供給する配管、フロリナート等の
温度調整用媒体を用力として供給する配管、さらにはレ
ベリングセンサ等へ用力として電力を供給する配線、各
種制御信号を用力として供給するシステム配線等がステ
ージ本体には接続されている。

【０００６】ところで、これらの用力供給部材は、ステ
ージ本体の移動に伴って引張力を与えたり、その反力で
微振動を発生させ、ステージ本体の同期精度に誤差を及
ぼす可能性がある。従来、この微振動に起因する同期誤
差は無視されていたが、近年、パターンの微細化に伴う
露光精度の高度化が進むに従って、この誤差に対しても
対策を施す必要に迫られていた。そこで、この問題に対
しては、図８に示すステージ装置が提供されている。

【０００７】この図に示すステージ装置９１は、Ｘ方向
に延びる固定子９２、９２に沿って可動子９３、９３が
Ｘ方向に移動し、可動子９３、９３間に懸架されＹ方向
に延びる長尺のガイドバー９４に設けられた固定子９５
に沿って可動子としてのステージ本体９６がＹ方向に移
動するものであり、ステージ本体９６のＸ側には配管ト
レー９７が配設されている。配管トレー９７は、可動子
９３、９３（またはガイドバー９４）に連結され、Ｘ方
向に関してはステージ本体９６と一体的に移動する構成
になっている。用力供給部材９８から供給される空気
は、ガイドバー９４に対向してステージ本体９６に設け
られたエアベアリングに供給されている。この配管トレ
ー９７には、ステージ本体９６に接続される上記の各種
用力供給部材９８、および一方の可動子９３に接続され
る用力供給部材９９が収容・支持される。そして、この
ステージ装置は、ステージ本体９６のＸ方向に移動に対
して、配管トレー９７が追従移動することにより、用力
供給部材９８がステージ本体９６に作用する引張力や振
動を低減させている。

【０００８】同様に、用力供給部材９８がステージ本体
９６に作用する引張力や振動を低減させるステージ装置
としては、特開平８−６３２３１号公報に記載されたも
のが提供されている。このステージ装置は、ステージ本
体に設けられた可動子と、用力供給部材としてのケーブ
ルが接続されたキャリア／従動子に設けられた可動子と
が固定子として同一の磁気軌道から同時に磁束がもたら
されることで、ステージ本体の移動に対してキャリア／
従動子が追従移動し、ケーブルがステージ本体に与える
引張力を取り除いている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】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。ステージ本体９６のＹ方向の
移動に関しては、図９に示すように、ステージ本体９６
と配管トレー９７とが相対移動するため、ステージ本体
９６には用力供給部材９８を介して種々の外乱が伝達さ
れる。外乱の中、動的なものとしては、例えばステージ
本体９６が−Ｙ方向に移動することにより、用力供給部
材９８の配管トレー９７への接触や、複数の用力供給部
材９８同士の擦れ、叩き、さらには用力供給部材９８内
の流体内部圧力変動、床振動伝達等に起因して発生する
微振動が挙げられ、この微振動がステージ本体９６に伝
わる虞がある。

【００１０】また、外乱の中、静的なものとしては、用
力供給部材９８の変形に伴う抗力が挙げられ、この抗力
がステージ本体９６に伝わる虞がある。特に、昨今、用
力供給部材９８に対するケミカルクリーンの要求が高ま
り、内部流体の透過防止、滲み出し防止の観点から用力
供給部材９８としては、肉厚が大きなものや、二重構造
を有する硬化材が採用されている。そのため、用力供給
部材９８の抗力がますます大きくなる傾向にあり、ステ
ージ本体９６に与える影響も大きくなると懸念されてい
る。

【００１１】一方、キャリア／従動子とステージ本体と
が同一の固定子を用いて駆動される場合、キャリア／従
動子の移動に伴う微振動が固定子を介してステージ本体
に外乱として伝達され、ステージ本体の移動制御に支障
を来すという問題があった。特に、固定子が定盤上に設
置される場合には、キャリア／従動子の移動に伴う振動
が定盤にも伝わるという問題があった。

【００１２】そして、このような、ステージ装置を用い
てマスクのパターンをウエハ等の基板に露光する露光装
置においては、外乱によりステージ本体の移動制御に支
障を来すと、パターンを基板上に高精度に露光できない
という問題が発生することになる。また、ステージ本体
９６に設けられたエアベアリングからガイドバー９４に
吹きかけられるエアーにより、ガイドバー９４が振動す
るという問題があった。エアーの動粘性係数は、１５．
７５×１０^-6と低いため、ガイドバー９４が微振動した
際の減衰性を向上させることが難しいという問題点があ
った。

【００１３】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、ステージ本体が移動した際にも、用力供給
部材や気体ベアリングに起因する外乱（振動）を低減で
きるステージ装置、およびこのステージ装置を用いてマ
スクのパターンを高精度に基板に露光できる露光装置を
提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】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６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、用力を供給する用力供給部材（１２９）が接続
され、第１固定子（８３）に沿って定盤（１２）上を移
動するステージ本体（ＷＳ１、ＷＳ２）を備えたステー
ジ装置（１）において、第１固定子（８３）と分離して
設置された第２固定子（１１１）と、用力供給部材（１
２９）を中継するとともに第２固定子（１１１）に沿っ
てステージ本体（ＷＳ１、ＷＳ２）と同期移動する用力
供給ステージ（１１５）とを備えることを特徴とするも
のである。

【００１５】従って、本発明のステージ装置では、用力
供給ステージ（１１５）がステージ本体（ＷＳ１、ＷＳ
２）と同期移動し、これらの間の相対位置関係が維持さ
れるので、用力供給部材（１２９）の変形に伴う微振動
や抗力の発生を抑止でき、ステージ本体（ＷＳ１、ＷＳ
２）に外乱として伝わることを防止できる。また、本発
明のステージ装置では、用力供給ステージ（１１５）が
沿う第２固定子（１１１）が第１固定子（８３）に対し
て分離されているので、用力供給ステージ（１１５）の
移動に伴う微振動が、第１固定子（８３）を介してステ
ージ本体（ＷＳ１、ＷＳ２）に伝わることを防止でき
る。なお、用力供給ステージ（１１５）の移動に伴う微
振動が定盤（１２）に伝わらないように、第２固定子
（１１１）は、定盤（１２）とは振動的に独立して設置
されることが好ましい。

【００１６】また、本発明のステージ装置は、移動面に
沿ってステージ本体（ＷＳ１、ＷＳ２）を移動させるス
テージ装置（１）において、移動面とステージ本体（Ｗ
Ｓ１、ＷＳ２）との間に、移動面とステージ本体（ＷＳ
１、ＷＳ２）とを非接触で対向させる気体軸受けを設
け、ステージ装置（１）を密封可能に包囲するチャンバ
ー（４）と、気体軸受けとチャンバー（４）とにヘリウ
ムを供給する供給装置（１５０）と、を備えたことを特
徴とするものである。

【００１７】従って、本発明のステージ装置では、チャ
ンバー（４）内の雰囲気をヘリウムで形成することがで
きる。なお、ステージ装置が、複数のステージ本体（Ｗ
Ｓ１、ＷＳ２）を有する構成も選択できる。この場合、
気体軸受けにヘリウムを供給しているので、一方のステ
ージ本体の振動が他方のステージ本体に悪影響を及ぼす
ことを抑制できる。

【００１８】また、本発明の露光装置は、マスクステー
ジ（ＲＳＴ）に保持されたマスク（Ｒ）のパターンを基
板ステージ（１）に保持された基板（Ｗ）に露光する露
光装置（１０）において、マスクステージ（ＲＳＴ）と
基板ステージ（１）との少なくとも一方のステージとし
て、請求項１から７のいずれかに記載されたステージ装
置が用いられることを特徴とするものである。

【００１９】従って、本発明の露光装置では、用力供給
ステージ（１１５）の移動に伴う外乱がマスク（Ｒ）や
基板（Ｗ）に伝達されることを抑止できる。そのため、
マスク（Ｒ）と基板（Ｗ）との位置制御を高精度に実行
することが可能になり、マスク（Ｒ）のパターンを基板
（Ｗ）に高精度に露光形成することができる。

【００２０】さらに、本発明の露光装置は、マスク
（Ｒ）を移動するマスクステージ（ＲＳＴ）と、基板
（Ｗ）を移動する基板ステージ（１）とを備え、マスク
（Ｒ）のパターンを基板（Ｗ）に露光する露光装置（１
０）において、マスクステージ（ＲＳＴ）と基板ステー
ジ（１）との少なくとも一方に、請求項９または請求項
１０記載のステージ装置を用いたことを特徴とするもの
である。

【００２１】従って、本発明の露光装置では、チャンバ
ー（４）内のヘリウム雰囲気を保つことができ、且つ気
体軸受けにヘリウムを供給することによりステージ本体
（ＷＳ１、ＷＳ２）の振動が露光に悪影響を及ぼすこと
を防止できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明のステージ装置およ
び露光装置の実施の形態を、図１ないし図６を参照して
説明する。ここでは、例えば露光装置として、マスクと
してのレチクルとウエハとを同期移動しつつ、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、走査型露光装置（スキャニング・ステッパ
ー）を使用する場合の例を用いて説明する。また、この
露光装置においては、本発明のステージ装置をウエハス
テージに適用するものとする。これらの図において、従
来例として示した図８および図９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。

【００２３】図１には、一実施形態に係る投影露光装置
１０の概略構成が示されている。この投影露光装置１０
は、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式の走査露
光型の投影露光装置である。

【００２４】この投影露光装置１０は、ウエハテーブル
ＴＢ１、ＴＢ２を介して定盤１２上を基板としてのウエ
ハＷ１、Ｗ２（適宜符号Ｗと併用する）をそれぞれ保持
して独立してＸ軸方向およびＹ軸方向の２次元方向に移
動するウエハステージ（ステージ本体）ＷＳ１、ＷＳ２
を備えたステージ装置（基板ステージ）１、このステー
ジ装置１の上方に配置された投影光学系ＰＬ、投影光学
系ＰＬの上方でマスクとしてのレチクルＲを主として所
定の走査方向、ここではＹ軸方向（図１における紙面直
交方向）に駆動するレチクルステージＲＳＴを備えたス
テージ装置（マスクステージ）２、レチクルＲを上方か
ら照明する照明系３及びこれら各部を制御する制御系等
を備えており、これらは温度制御および湿度制御が施さ
れたチャンバ４内に収容されている。

【００２５】また、チャンバ４内は、さらにチャンバ５
〜８に区画されており、各チャンバ５〜８にはステージ
装置１、投影光学系ＰＬ、ステージ装置２、照明系３が
それぞれ収容されている。チャンバ４〜７内は、主制御
装置９０に接続されたチャンバー制御装置１５０により
所定の温度範囲に収まるように温度制御が施されてい
る。温度制御方法としては、例えば各チャンバ内に光化
学反応的に不活性なガスを温度制御した状態で流通させ
る方法が採用される。本実施の形態では、不活性ガスと
してヘリウムを用いている。なお、チャンバ間の隔壁に
は、露光光の光路上に位置して透過窓（不図示）が設け
られており、露光光が支障なく透過できるようになって
いる。

【００２６】また、チャンバー制御装置１５０は、後述
のヘリウムベアリング（気体軸受け）８８、１０２にも
ヘリウムを供給している。エアの熱伝導率が２６．１４
×１０^-3（Ｗ／（ｍ／ｋ））に対し、ヘリウムの熱伝導
率は１５．５×１０^-2（Ｗ／（ｍ／ｋ））であるため、
チャンバー４内をヘリウム雰囲気にすることにより、チ
ャンバー４内のゆらぎを低減することができる。このた
め、後述のレーザ干渉系によるステージ装置１、２の位
置測定精度の向上が期待できる。

【００２７】照明系３は、図１に示されるように、光源
部４０、シャッタ４２、ミラー４４、ビームエキスパン
ダ４６、４８、第１フライアイレンズ５０、レンズ５
２、振動ミラー５４、レンズ５６、第２フライアイレン
ズ５８、レンズ６０、固定ブラインド６２、可動ブライ
ンド６４、リレーレンズ６６、６８等から構成されてい
る。

【００２８】ここで、この照明系の上記構成各部につい
てその作用とともに説明する。光源であるＫｒＦエキシ
マレーザと減光システム（減光板、開口絞り等）よりな
る光源部４０から射出されたレーザ光は、シャッタ４２
を透過した後、ミラー４４により偏向されて、ビームエ
キスパンダ４６、４８により適当なビーム径に整形さ
れ、第１フライアイレンズ５０に入射される。この第１
フライアイレンズ５０に入射された光束は、２次元的に
配列されたフライアイレンズのエレメントにより複数の
光束に分割され、レンズ５２、振動ミラー５４、レンズ
５６により再び各光束が異なった角度より第２フライア
イレンズ５８に入射される。

【００２９】この第２フライアイレンズ５８より射出さ
れた光束は、レンズ６０により、レチクルＲと共役な位
置に設置された固定ブラインド６２に達し、ここで所定
形状にその断面形状が規定された後、レチクルＲの共役
面から僅かにデフォーカスされた位置に配置された可動
ブラインド６４を通過し、リレーレンズ６６、６８を経
て均一な照明光として、レチクルＲ上の上記固定ブライ
ンド６２によって規定された所定形状、ここでは矩形ス
リット状の照明領域ＩＡ（図２参照）を照明する。

【００３０】次に、ステージ装置２について説明する。
このステージ装置２は、レチクル定盤３２上を基板とし
てのレチクルＲを保持してＸＹの２次元方向に移動可能
なレチクルステージＲＳＴと、このレチクルステージＲ
ＳＴを駆動する不図示のリニアモータと、このレチクル
ステージＲＳＴの位置を管理するレチクル干渉計システ
ム１１とを備えている。

【００３１】レチクルステージＲＳＴには、図２に示さ
れるように、２枚（複数）のレチクルＲ１、Ｒ２がスキ
ャン方向（Ｙ軸方向）に直列に設置される。このレチク
ルステージＲＳＴは、不図示のヘリウムベアリング等を
介してレチクル定盤３２上に浮上支持され、不図示のリ
ニアモータ等からなる駆動機構３０（図１参照）により
Ｘ軸方向の微小駆動、θ方向の微小回転及びＹ軸方向の
走査駆動がなされるようになっている。

【００３２】なお、駆動機構３０は、後述するステージ
装置１と同様のリニアモータを駆動源とする機構である
が、図１では図示の便宜上及び説明の便宜上から単なる
ブロックとして示しているものである。このため、レチ
クルステージＲＳＴ上のレチクルＲ１、Ｒ２が例えば二
重露光の際に選択的に使用され、いずれのレチクルにつ
いてもウエハ側と同期スキャンできる様な構成となって
いる。

【００３３】このレチクルステージＲＳＴ上には、図示
しないものの、レチクルＲのパターン領域外を吸着保持
するレチクルホルダが支持されるとともに、＋Ｘ側の端
部に位置して移動鏡３４がＹ軸方向に延設され、−Ｙ側
の端部に位置して２つの移動鏡３５、３７が配置されて
いる。ここでは、１５２．４ｍｍ（６インチ）の大きさ
のレチクルＲ１、Ｒ２をＹ方向に間隔をおいて配置して
いる。なお、これらレチクルステージＲＳＴ、レチクル
ホルダ、および移動鏡３４、３５、３７は、低熱膨張の
素材（セラミックス）で形成されている。

【００３４】移動鏡３４の＋Ｘ軸側の面、および移動鏡
３５、３７の−Ｙ側の面は、アルミ蒸着等により反射面
が形成されている。この移動鏡３４の反射面に向けて測
長軸ＢＩ６Ｘで示される干渉計３６からの干渉計ビーム
が照射され、干渉計３６ではその反射光を受光して基準
面に対する相対変位を計測することにより、レチクルス
テージＲＳＴのＸ方向の位置を計測している。ここで、
この測長軸ＢＩ６Ｘを有する干渉計は、実際には独立に
計測可能な２本の干渉計光軸を有しており、レチクルス
テージＲＳＴのＸ軸方向の位置計測と、ヨーイング量の
計測が可能となっている。

【００３５】移動鏡３５、３７には、不図示の一対のダ
ブルパス干渉計から測長軸ＢＩ７Ｙ、ＢＩ８Ｙで示され
る干渉計ビームが照射され、そこで反射したそれぞれの
反射光がそれぞれのダブルパス干渉計で受光される。そ
して、これらのダブルパス干渉計の計測値が図１のステ
ージ制御装置（制御装置）３８に供給され、その平均値
に基づいてレチクルステージＲＳＴのＹ軸方向の位置が
計測される。このＹ軸方向位置の情報は、ウエハ側の測
長軸ＢＩ３Ｙ（後述）を有する干渉計の計測値に基づく
レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳ１又はＷ
Ｓ２との相対位置の算出、及びこれに基づく走査露光時
の走査方向（Ｙ軸方向）のレチクルとウエハの同期制御
に用いられる。すなわち、本実施形態では、移動鏡３
４、３５、３７、干渉計３６及び測長軸ＢＩ７Ｙ、ＢＩ
８Ｙで示される一対のダブルパス干渉計によってレチク
ル干渉計システム１１が構成されている。

【００３６】続いて、ステージ装置１について説明す
る。図３に示すように、ステージ装置２は、ＸＹ平面に
沿う平板部１３ａおよび平板部１３ａのＸ方向両側に＋
Ｚ方向に突出して設けられた突部１３ｂ、１３ｂを有す
る側面視コ字状のベースプレート１３と、ベースプレー
ト１３の突部１３ｂ、１３ｂに、空気式ダンパやピエゾ
ダンパなどの防振・除振装置を介することで振動的に独
立して懸架された定盤１２と、定盤１２の上面（移動
面）に不図示の非接触軸受（本実施の形態ではヘリウム
ベアリング）を介して浮上支持され、リニアモータ等に
より独立して定盤１２の上面に沿って２次元移動可能な
２つのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２と、これらのウエ
ハステージＷＳ１、ＷＳ２を駆動するステージ駆動系１
４と、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２を介してウエハＷ
１、Ｗ２の位置を計測する干渉計システム９とを備えて
いる。ステージ駆動系１４は、制御装置３８によって制
御されている。

【００３７】これをさらに詳述すると、ウエハステージ
ＷＳ１、ＷＳ２の底面には不図示のヘリウムベアリング
（例えば、真空予圧型ヘリウム軸受け）が複数ヶ所に設
けられており、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２は、この
ヘリウムベアリングのヘリウム噴き出し力と真空予圧力
とのバランスにより例えば数ミクロンの間隔を保った状
態で、定盤１２の上面に対向して浮上支持されている。
ヘリウム雰囲気のチャンバ内で気体軸受けとしてエアベ
アリングを用いる場合には、エアベアリングに供給され
るエアを排気装置などを用いて回収してヘリウム雰囲気
を保たなくてはならない。これに対して、ヘリウムベア
リングを用いれば上述の排気装置などが不要となり、装
置構成を簡単にすることができる。

【００３８】図２に示すように、ウエハステージＷＳ
１、ＷＳ２上には、不図示のＺ・θ駆動機構によって、
ＸＹ平面に直交するＺ軸方向及びθ方向（Ｚ軸回りの回
転方向）に微小駆動され、焦点位置調整のために光軸方
向（Ｚ方向）への移動やレベリング調整を行うウエハテ
ーブルＴＢ１、ＴＢ２がそれぞれ設けられている。ウエ
ハテーブルＴＢ１、ＴＢ２上には、ウエハＷ１、Ｗ２を
それぞれ負圧吸着により保持するウエハホルダＷＨ１、
ＷＨ２が真空吸着やキネマティックカップリング等によ
り着脱自在に載置されている。また、ウエハテーブルＴ
Ｂ１、ＴＢ２には、温度を一定に維持するための温度調
整機構が設けられている。この温度調整機構としては、
フロリナート等の冷媒を供給する冷媒供給源（不図示）
と、供給された冷媒を流通させる流路等とから構成され
る。

【００３９】また、ウエハテーブルＴＢ１、ＴＢ２の上
面には、種々の基準マークが形成された基準マーク板Ｆ
Ｍ１、ＦＭ２がウエハＷ１、Ｗ２とそれぞれほぼ同じ高
さになるように設置されている。これらの基準マーク板
ＦＭ１、ＦＭ２は、例えば各ウエハステージＷＳ１、Ｗ
Ｓ２の基準位置を検出する際に用いられる。なお、ウエ
ハステージＷＳ１、ＷＳ２についてはほぼ同一の構成で
あるので、以下においてはウエハステージＷＳ１を主に
説明する。

【００４０】ステージ駆動系１４は、ウエハステージＷ
Ｓ１をＹ方向に駆動するリニアモータであるＹモータＹ
Ｍと、ウエハステージＷＳ１をＸ方向に駆動するリニア
モータであるＸモータＸＭとから構成されている。これ
らモータＹＭ、ＸＭは、電磁相互作用により生じるロー
レンツ力によってウエハステージＷＳ１を駆動するもの
である。

【００４１】ＹモータＹＭは、Ｙ方向に延在する長尺の
ガイドバーＧＢの上面（＋Ｚ）側に設けられた固定子８
１と、ウエハステージＷＳ１に設けられた不図示の可動
子とから構成されている。そして、ウエハステージＷＳ
１は、不図示のヘリウムベアリングによりガイドバーＧ
Ｂに対して微少クリアランスをもってＹ方向に移動自在
にガイドされている。なお、ここでは、ＹモータＹＭと
して、ムービングコイル型のリニアモータが用いられる
が、ムービングマグネット型のリニアモータであっても
よい。

【００４２】図４に示すように、ＸモータＸＭは、ガイ
ドバーＧＢのＺ方向両側に互いに所定間隔をあけて配置
された可動子８２、８２と、Ｘ方向に延在して配置され
た（図３参照）固定子ブロック（第１固定子）８３に可
動子８２、８２のそれぞれを挟み込むように配設された
固定子８４とから構成されている。なお、図４では図示
していないものの、ガイドバーＧＢのＺ方向両側に配置
された固定子８４の対は、図３に示すように、固定子ブ
ロック８３の両端に設けられた連結部８３ａ、８３ａに
よって一体的に連結されている。また、可動子８２、８
２および固定子ブロック８３（固定子８４）等は、ウエ
ハステージＷＳ１を挟んでＹ方向の両側に設けられる
が、図１では便宜上＋Ｙ方向のみ図示している。

【００４３】可動子８２、８２は、ボイスコイルモータ
等のＹモータ８７のＺ方向両側に取り付けられている。
Ｙモータ８７の間には、ガイドバーＧＢの先端に設けら
れたコア８９が挿入され、上記ローレンツ力によりガイ
ドバーＧＢをＹ方向に駆動する。また、Ｙモータ８７に
は、ガイドバーＧＢに対向させてヘリウムベアリング８
８が配置され、ガイドバーＧＢの移動を非接触で、且つ
円滑に支持している。そして、これら可動子８２、８
２、Ｙモータ８７、コア８９は、支持板１００、１０１
に一体的に支持されるとともに、ＸモータＸＭの駆動に
より、支持板１００、１０１に対向するように固定子ブ
ロック８３に設けられたヘリウムベアリング１０２によ
りガイドバーＧＢを伴ってＸ方向に非接触で円滑に移動
する構成になっている。ヘリウムの動粘性係数は、１
２．２４×１０^-5（ｍ²／ｓｅｃ）とエアに比べて８倍
近く高い。このため、ヘリウムベアリング８８、１０２
からガイドバーＧＢにヘリウムを吹きかけた際にガイド
バーＧＢが振動したとしても減衰性が高い、もしくは振
動自体が小さくなるので、露光精度を低下させることが
ない。

【００４４】固定子ブロック８３は、ベースプレート１
３の１３ｂ上にそれぞれ設けられコ字状を呈する保持部
材８５、８５に両側面および下面が移動自在に保持され
ている。また、この保持部材８５には、固定子ブロック
８３の両側面および下面に対向してヘリウムベアリング
８６が配設され、固定子ブロック８３の移動を非接触
で、且つ円滑に支持している。

【００４５】また、固定子ブロック８３の＋Ｘ側端部の
上側および下側には、図５に示すように、ウエハステー
ジＷＳ１側に向けて開口する可動子１３０および１０３
がそれぞれ配設されている。そして、可動子１３０とと
もにボイスコイルモータを構成する固定子１０５がベー
スプレート１３の突部１３ｂ上に固定された支持台１０
４に支持されている。同様に、可動子１０３とともにボ
イスコイルモータを構成する固定子１０６がベースプレ
ート１３の平板部１３ａ上に固定された支持台１０７に
支持されている。これら可動子１３０、１０３、固定子
１０５、１０６からなるボイスコイルモータにより固定
子ブロック８３は、Ｘ方向に駆動される。

【００４６】一方、このステージ装置１に対しては、各
種配線・配管が接続される。具体的には、温度調整用冷
媒を供給・排出する配管、ヘリウムベアリングに用いら
れるヘリウムを供給する配管、ウエハＷ１を負圧吸引す
るための負圧（真空）を供給する配管、各種のセンサへ
電力を供給する配線、各種制御信号・検出信号を供給す
るためのシステム配線等が種々の駆動機器、制御機器に
対して配設される。例えば、ウエハステージＷＳ１に対
しては、温度調整用配管、ウエハＷ１を吸着するための
配管、ヘリウムベアリング用のヘリウム配管、レベリン
グセンサや後述する距離センサ等へ電力を供給する電力
配線、これらセンサの検出信号やリニアモータ駆動用の
システム配線等が接続される。なお、以下の説明では、
これら各種の用力が用力供給部材として、代表的に帯状
のチューブを介して供給されるものとして説明する。

【００４７】このチューブとしては、ケミカルクリーン
に対する要求を満たすべく、肉厚が大きなものや、二重
構造を有する硬化材で、且つ可撓性を有するものが用い
られている。また、このチューブは、ウエハステージＷ
Ｓ１上のウエハテーブルＴＢ１の−Ｘ側端面（ウエハテ
ーブルＴＢ２では＋Ｘ側端面）に設けられた集中端子
（コネクタ）１１９（図６参照）に接続される。そし
て、本実施の形態のステージ装置１には、ウエハテーブ
ルＴＢ１に接続されたチューブを中継してウエハステー
ジＷＳ１、ＷＳ２にそれぞれ対応して同期移動する同期
ステージ装置ＤＳ１、ＤＳ２が設けられている。なお、
同期ステージ装置ＤＳ１は、ウエハステージＷＳ１の−
Ｘ側でチューブを中継し、同期ステージ装置ＤＳ２は、
ウエハステージＷＳ２の＋Ｘ側でチューブを中継してい
るが、以下の説明では、主に同期ステージ装置ＤＳ１に
ついて説明する。

【００４８】図６に示すように、同期ステージ装置ＤＳ
１は、Ｘ方向に延在して設置されたＸガイド１０８、１
０８と、Ｘガイド１０８、１０８に移動自在に嵌合する
移動体１０９、１０９（−Ｙ側の移動体は不図示）と、
各Ｘガイド１０８の外側に平行してそれぞれ設置された
固定子（第２固定子）１１１、１１１と、固定子１１
１、１１１とともにリニアモータであるＸモータ１２０
を構成する可動子１１２、１１２（−Ｙ側の可動子は不
図示）と、定盤１２上のウエハステージＷＳ１の−Ｘ側
に、Ｙ方向に沿って配置される固定子１１３および集中
端子支持部材１１４と、固定子１１３とともにリニアモ
ータであるＹモータ１２１を構成する可動子としての同
期ステージ（用力供給ステージ）１１５とを主体として
構成されている。

【００４９】Ｘガイド１０８、１０８は、ベースプレー
ト１３の平板部１３ａ上に、定盤１２を挟んだＹ方向両
側に配置されている。移動体１０９、１０９の上部に
は、＋Ｙ側（不図示の移動体からは−Ｙ側）に延出する
延出部１１０、１１０がそれぞれ固着しており、可動子
１１２、１１２は各延出部１１０、１１０から下方に向
けて吊設されている。また各延出部１１０、１１０に
は、固定子１１１、１１１の外側に位置して集中端子１
１６、１１６が吊設されるとともに、基端部が延出部１
１０、１１０に固定され、先端部が基端部よりも−Ｘ側
で、且つ定盤１２から＋Ｚ方向へ突出される支持フレー
ム１１７、１１７が定盤１２を挟んで互いに対向するよ
うに立設されている。

【００５０】そして、固定子１１３は、支持フレーム１
１７、１１７の先端部の間に懸架され、集中端子支持部
材１１４は支持板１１８、１１８を介して支持フレーム
１１７、１１７の先端部に、固定子１１３の−Ｘ側で固
定されている。

【００５１】なお、同期ステージ装置ＤＳ２は、図６に
は図示していないが、同期ステージ装置Ｄ１と同様の構
成を有しており、同期ステージ装置ＤＳ２の固定子１１
３はウエハステージＷＳ２の＋Ｘ側に配置され、集中端
子支持部材１１４はこの固定子１１３のさらに＋Ｘ側に
配置される。また、同期ステージ装置ＤＳ２の移動体１
０９、１０９および可動子１１２、１１２は、同期ステ
ージ装置ＤＳ１の移動体１０９、１０９および可動子１
１２、１１２と同一のＸガイド１０８および固定子１１
１に沿って互いに独立して移動する構成になっている。

【００５２】この可動子１１２、１１２のＸ方向の位
置、すなわち同期ステージ１１５のＸ方向の位置は、不
図示のリニアエンコーダで検出され、ステージ制御装置
３８に出力される。また、ウエハステージＷＳ１と同期
ステージ１１５との間の距離は、ウエハステージＷＳ１
に設けられた静電容量型センサやフォトセンサ等で構成
される不図示の距離センサ（検出装置）により検出さ
れ、ステージ制御装置３８に出力される。

【００５３】なお、Ｘモータ１２０、Ｙモータ１２１と
しては、ムービングコイル型のリニアモータ、ムービン
グマグネット型のリニアモータのいずれであってもよ
い。また、上記ＹモータＹＭ、１２１、ＸモータＸＭ、
１２０の駆動は、ステージ制御装置３８により制御され
る。

【００５４】集中端子１１６、１１６には、Ｘモータ１
２０の駆動に用いられる各種用力を供給するＸチューブ
１２２、１２２がそれぞれ接続される。また、＋Ｙ側に
位置する集中端子１１６には、ウエハステージＷＳ１
（およびウエハテーブルＴＢ１）の駆動等に用いられる
各種用力を供給するＹチューブ１２３が接続される。こ
れらＸチューブ１２２、Ｙチューブ１２３は、集中端子
１１６がＸモータ１２０によりＸ方向に移動した際にも
支障を来さない程度に充分な撓みを持たせて接続されて
いる。

【００５５】さらに、Ｙチューブ１２３により供給され
る用力は、集中端子支持部材１１４に支持された集中端
子１２４、１２４、同期ステージ１１５に設けられた集
中端子１２５にそれぞれ接続されたＹチューブ１２６〜
１２８と、集中端子１２５、ウエハテーブルＴＢ１に設
けられた集中端子１１９とに接続されたＹチューブ（用
力供給部材）１２９を中継してウエハステージＷＳ１
（ウエハテーブルＴＢ１）に供給される。なお、Ｙチュ
ーブ１２８は、集中端子１２５がＹモータ１２１により
Ｙ方向に移動した際にも支障を来さない程度に充分な撓
みを持たせて接続されている。また、Ｙチューブ１２９
も、ウエハステージＷＳ１と同期ステージ１１５とが時
間差をもって駆動された際にも支障を来さない程度に充
分な撓みを持たせて接続されている。

【００５６】干渉計システム９は、ウエハホルダＷＨ１
と共通のテーブルＴＢ１で保持され、ウエハホルダＷＨ
１と所定の位置関係で配設された移動鏡２０、２１と、
ウエハホルダＷＨ２と共通のテーブルＴＢ２で保持され
ウエハホルダＷＨ２と所定の位置関係で配設された移動
鏡２２、２３と（図２参照）、図１に示すように、測長
軸ＢＩ１Ｘで示される干渉計ビームを照射する干渉計１
６と、測長軸ＢＩ２Ｘで示される干渉計ビームを照射す
る干渉計１８と、図２に示すように、測長軸ＢＩ３Ｙ〜
ＢＩ５Ｙで示される干渉計ビームをそれぞれ照射する干
渉計（いずれも不図示）とから構成されている。

【００５７】移動鏡２０は、テーブルＴＢ１上の−Ｘ側
端縁にＹ軸方向に延在して配設されており、その−Ｘ側
の面はセラミックスの母材にアルミ蒸着が施され、干渉
計１６から照射される干渉計ビームを反射する反射面に
なっている。移動鏡２２は、テーブルＴＢ２上の＋Ｘ側
端縁にＹ軸方向に延在して配設されており、その＋Ｘ側
の面もセラミックスの母材にアルミ蒸着が施され、干渉
計１８から照射される干渉計ビームを反射する反射面に
なっている。そして、干渉計１６、１８は、移動鏡２
０、２２からの反射光をそれぞれ受光することにより、
各反射面の基準位置からの相対変位を計測し、ウエハス
テージＷＳ１、ＷＳ２（ひいては、ウエハＷ１、Ｗ２）
のＸ軸方向位置を計測するようになっている。ここで、
干渉計１６、１８は、図２に示されるように、各３本の
光軸を有する３軸干渉計であり、ウエハステージＷＳ
１、ＷＳ２のＸ軸方向の計測以外に、チルト計測及びθ
計測が可能となっている。各光軸の出力値は独立に計測
できる様になっている。ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２
のθ回転及びＺ軸方向の微小駆動及び傾斜駆動を行うテ
ーブルＴＢ１、ＴＢ２は、反射面の下にあるので、ウエ
ハステージのチルト制御時の駆動量は全て、これらの干
渉計１６、１８によりモニターすることができる。

【００５８】同様に、移動鏡２１は、テーブルＴＢ１上
の＋Ｙ側端縁にＸ軸方向に延在して配設され、移動鏡２
３は、テーブルＴＢ２上の＋Ｙ側端縁にＸ軸方向に延在
して配設され、それぞれの＋Ｙ側の面はセラミックスの
母材にアルミ蒸着が施され、測長軸ＢＩ３Ｙ〜ＢＩ５Ｙ
を有する干渉計から照射される干渉計ビームを反射する
反射面になっている。ここで、測長軸ＢＩ３Ｙは、投影
光学系ＰＬの投影中心でＸ軸と垂直に交差し、測長軸Ｂ
Ｉ４Ｙ、ＢＩ５Ｙは、アライメント系２４ａ、２４ｂの
それぞれの検出中心でＸ軸とそれぞれ垂直に交差してい
る。

【００５９】本実施形態の場合、投影光学系ＰＬを用い
た露光時のウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＹ方向位置
計測には、投影光学系の投影中心、すなわち光軸ＡＸを
通過する測長軸ＢＩ３Ｙの干渉計の計測値が用いられ、
アライメント系２４ａの使用時のウエハステージＷＳ１
のＹ方向位置計測には、アライメント系２４ａの検出中
心、すなわち光軸ＳＸを通過する測長軸ＢＩ４Ｙの干渉
計の計測値が用いられ、アライメント系２４ｂ使用時の
ウエハステージＷＳ２のＹ方向位置計測には、アライメ
ント系２４ｂの検出中心、すなわち光軸ＳＸを通過する
測長軸ＢＩ５Ｙの干渉計の計測値が用いられる。なお、
上記Ｙ計測用の測長軸ＢＩ３Ｙ、ＢＩ４Ｙ、ＢＩ５Ｙの
各干渉計は、各２本の光軸を有する２軸干渉計であり、
ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２のＹ軸方向の計測以外
に、チルト計測が可能となっている。各光軸の出力値は
独立に計測できるようになっている。

【００６０】また、本実施形態では、後述するように、
ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の内の一方が露光シーケ
ンスを実行している間、他方はウエハ交換、ウエハアラ
イメントシーケンスを実行するが、この際に両ステージ
の干渉がないように、各干渉計の出力値に基づいて主制
御装置９０の指令に応じてステージ制御装置３８によ
り、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の移動が管理されて
いる。

【００６１】続いて、投影光学系ＰＬについて説明す
る。投影光学系ＰＬとしては、ここでは、Ｚ軸方向の共
通の光軸を有する複数枚のレンズエレメントから成り、
両側テレセントリックで所定の縮小倍率、例えば１／４
を有する屈折光学系が使用されている。このため、ステ
ップ・アンド・スキャン方式の走査露光時におけるウエ
ハステージの走査方向の移動速度は、レチクルステージ
の移動速度の１／４となる。

【００６２】この投影光学系ＰＬのＸ軸方向の両側に
は、図１に示されるように、同じ機能を有するオフアク
シス（off-axis）方式のアライメント系２４ａ、２４ｂ
が、投影光学系ＰＬの光軸中心（レチクルパターン像の
投影中心と一致）よりそれぞれ同一距離だけ離れた位置
に設置されている。これらのアライメント系２４ａ、２
４ｂは、ＬＳＡ（Laser Step Alignment）系、ＦＩＡ
（Filed Image Alignment）系、ＬＩＡ（Laser Interfe
rometric Alignment ）系の３種類のアライメントセン
サを有しており、基準マーク板ＦＭ１、ＦＭ２上の基準
マーク及びウエハＷ１、Ｗ２上のアライメントマークの
Ｘ、Ｙ２次元方向の位置計測を行うことが可能である。

【００６３】これらのアライメント系２４ａ、２４ｂを
構成する各アライメントセンサからの情報は、アライメ
ント制御装置８０によりＡ／Ｄ変換され、デジタル化さ
れた波形信号を演算処理してマーク位置が検出される。
この結果が主制御装置９０に送られ、主制御装置９０か
らその結果に応じてステージ制御装置３８に対し露光時
の同期位置補正等が指示される構成になっている。

【００６４】さらに、本実施形態の露光装置１０では、
図１では図示を省略したが、レチクルＲの上方に、投影
光学系ＰＬを介してレチクルＲ上のレチクルマーク（図
示省略）と基準マーク板ＦＭ１、ＦＭ２上のマークとを
同時に観察するための露光波長を用いたＴＴＲ（Throug
h The Reticle ）アライメント光学系から成る一対のレ
チクルアライメント顕微鏡が設けられている。これらの
レチクルアライメント顕微鏡の検出信号は、主制御装置
９０に供給される。なお、レチクルアライメント顕微鏡
と同等の構成は、例えば特開平７−１７６４６８号公報
等に開示されている。

【００６５】次に、制御系について図１に基づいて説明
する。この制御系は、装置全体を統括的に制御する主制
御装置９０を中心に、この主制御装置９０の配下にある
露光量制御装置７０及びステージ制御装置３８等から構
成されている。ここで、制御系の上記構成各部の動作を
中心に本実施の形態に係る投影露光装置１０の露光時の
動作について説明する。

【００６６】露光量制御装置７０は、レチクルＲとウエ
ハ（Ｗ１又はＷ２）との同期走査が開始されるのに先立
って、シャッタ駆動装置７２に指示してシャッタ駆動部
７４を駆動させてシャッタ４２をオープンする。この
後、主制御装置９０の指示に応じ、ステージ制御装置３
８を介してレチクルＲとウエハ（Ｗ１又はＷ２）、すな
わちレチクルステージＲＳＴとウエハステージ（ＷＳ１
又はＷＳ２）の同期走査（スキャン制御）が開始され
る。この同期走査は、前述した干渉計システムの測長軸
ＢＩ３Ｙと測長軸ＢＩ１Ｘ又はＢＩ２Ｘ及びレチクル干
渉計システムの測長軸ＢＩ７Ｙ、ＢＩ８Ｙと測長軸ＢＩ
６Ｘの計測値をモニタしつつ、ステージ制御装置３８に
よってレチクル駆動部３０及びウエハステージの駆動系
を構成する各リニアモータを制御することにより行われ
る。

【００６７】そして、両ステージが所定の許容誤差以内
に等速度制御された時点で、露光量制御装置７０では、
レーザ制御装置７６に指示してパルス発光を開始させ
る。これにより、照明系３からの照明光により、その下
面にパターンがクロム蒸着されたレチクルＲの前記矩形
の照明領域ＩＡが照明され、その照明領域内のパターン
の像が投影光学系ＰＬにより１／４倍に縮小され、その
表面にフォトレジストが塗布されたウエハ（Ｗ１又はＷ
２）上に投影露光される。ここで、図２からも明らかな
ように、レチクル上のパターン領域に比べ照明領域ＩＡ
の走査方向のスリット幅は狭く、上記のようにレチクル
Ｒとウエハ（Ｗ１又はＷ２）とを同期走査することで、
パターンの全面の像がウエハ上のショット領域に順次形
成される。

【００６８】続いて、ステージ装置１の動作について説
明する。ステージ制御装置３８の指示により、ウエハス
テージＷＳ１がＸ方向に移動する際には、ＸモータＸＭ
の可動子８２、８２が固定子８４、８４に対してＸ方向
に相対移動することで、ガイドバーＧＢがウエハステー
ジＷＳ１を伴ってＸ方向に移動する。ここで、ガイドバ
ーＧＢの移動時には、可動子８２、８２を一体的に支持
する支持板１００、１０１も移動するが、エアベアリン
グ１０２の存在により円滑に作動する。

【００６９】また、ウエハステージＷＳ１の例えば＋Ｘ
方向への移動時には、ウエハステージＷＳ１の移動に伴
って発生する反力により、固定子ブロック８３が保持部
材８５、８５に対して逆方向（−Ｘ方向）へ移動する。
そのため、運動量保存の法則が働き、ウエハステージＷ
Ｓ１の加減速時の反力は固定子ブロック８３の移動によ
り吸収され、ステージ装置１における重心の位置がＸ方
向において実質的に固定される。

【００７０】なお、可動子８２、８２と固定子８４、８
４とのカップリングにより、可動子側（ウエハステージ
ＷＳ１、ガイドバーＧＢ、可動子８２、８２、支持板１
００、１０１等）と固定子側（固定子ブロック８３、固
定子８４、８４）の重量比に基づいた位置に固定子ブロ
ック８３が移動しないと運動量保存の法則が維持されず
ステージ装置１における重心位置が変動することになっ
てしまう。そこで、本実施の形態では、反力により固定
子ブロック８３が移動する際には、固定子ブロック８３
の位置をモニターしながら、ボイスコイルモータを駆動
することにより、可動子１３０、１０３を介して固定子
ブロック８３の位置を調整して、ステージ装置１の重心
位置を維持する。

【００７１】同様に、ウエハステージＷＳ１は、Ｙモー
タＹＭの可動子がガイドバーＧＢに沿って固定子８１に
対してＹ方向に相対移動することでＹ方向に移動する。
また、ウエハステージＷＳ１の例えば＋Ｙ方向への移動
時には、ウエハステージＷＳ１の移動に伴って発生する
反力により、ガイドバーＧＢがＹモータ８７に対して逆
方向（−Ｙ方向）へ移動する。そのため、運動量保存の
法則が働き、ウエハステージＷＳ１の加減速時の反力は
ガイドバーＧＢの移動により吸収され、ステージ装置１
における重心の位置がＹ方向においても実質的に固定さ
れる。

【００７２】なお、可動子と固定子８１とのカップリン
グにより、可動子側（ウエハステージＷＳ１等）と固定
子側（ガイドバーＧＢ等）の重量比に基づいた位置にガ
イドバーＧＢが移動するために、ガイドバーＧＢの位置
をモニターしながらボイスコイルモータを駆動すること
により、ガイドバーＧＢの位置を調整して、ステージ装
置１の重心位置を維持する。

【００７３】また、本実施の形態では、上記のように、
ＹモータＹＭ、ＸモータＸＭの駆動によりウエハステー
ジＷＳ１が移動するときには、同期ステージ１１５が同
期して追従移動する。すなわち、ウエハステージＷＳ１
のＸ方向への移動に際しては、ステージ制御装置３８の
指示でＸモータ１２０が駆動することで、延出部１１
０、支持フレーム１１７、固定子１１３とともに同期ス
テージ１１５がＸガイド１０８に沿って、ウエハステー
ジＷＳ１と同じ速度でＸ方向に移動する。

【００７４】同様に、ウエハステージＷＳ１のＹ方向へ
の移動に際しては、ステージ制御装置３８の指示でＹモ
ータ１２１が駆動することで、同期ステージ１１５が固
定子１１３に沿って、ウエハステージＷＳ１と同じ速度
でＹ方向に移動する。従って、ウエハステージＷＳ１が
ＸＹ平面に沿って２次元移動したときには、同期ステー
ジ１１５がウエハステージＷＳ１との間に一定の距離を
維持した状態で同期移動できる。そのため、ウエハステ
ージＷＳ１（ウエハテーブルＴＢ１）と同期ステージ１
１５との間に張設されたＹチューブ１２９は、引張加重
や圧縮加重が加わることなく、ウエハステージＷＳ１と
ともに引き回されることになる。このとき、ウエハステ
ージＷＳ１と同期ステージ１１５との間の距離は距離セ
ンサでモニターされ、ステージＷＳ１、１１５同士の干
渉や、距離が開きすぎてＹチューブ１２９で引っ張られ
てしまうことを未然に防ぐことができる。

【００７５】同期ステージ１１５の移動に関して、ステ
ージ制御装置３８は、同期ステージ１１５をウエハステ
ージＷＳ１よりも若干の時間差をもって先に始動させ
る。これにより、ウエハステージＷＳ１が先に始動した
ときのように、Ｙチューブ１２９の引張力や抗力が加わ
ることを防止できる。また、ウエハステージＷＳ１と同
期ステージ１１５とを同時に始動させることも考えられ
るが、ウエハステージＷＳ１の始動時にＹチューブ１２
９の抗力が作用する虞がある。そのため、同期ステージ
１１５を先に始動させることで、Ｙチューブ１２９の抗
力がウエハステージＷＳ１に及ぶことを防止している。

【００７６】なお、同期ステージ１１５の移動に伴って
発生する振動、例えばＸモータ１２０の可動子１１２の
駆動に伴う反力や、同期ステージ１１５のＹ方向移動に
よるＹチューブ１２８の変形に起因する振動は、Ｙチュ
ーブ１２９やベースプレート１３を介してウエハステー
ジＷＳ１に微少量伝わるが、この振動は低周波振動であ
り、チューブの擦れや叩きで発生し、ウエハステージＷ
Ｓ１の移動に悪影響を及ぼす高周波の振動でないため、
ステージの移動制御に支障を来すものではない。

【００７７】続いて、２つのウエハステージＷＳ１、Ｗ
Ｓ２による並行処理について説明する。本実施の形態で
は、ウエハステージＷＳ２上のウエハＷ２を投影光学系
ＰＬを介して露光動作を行っている間に、ウエハステー
ジＷＳ１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。なお、露光動作中のウエハ
ステージＷＳ２の位置制御は、干渉計システムの測長軸
ＢＩ２Ｘ、ＢＩ３Ｙの計測値に基づいて行われ、ウエハ
交換とアライメント動作が行われるウエハステージＷＳ
１の位置制御は、干渉計システムの測長軸ＢＩ１Ｘ、Ｂ
Ｉ４Ｙの計測値に基づいて行われる。

【００７８】ウエハステージＷＳ１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、ウエハス
テージＷＳ２側では、２枚のレチクルＲ１、Ｒ２を使
い、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が行われる。２つのウエハ
ステージＷＳ１、ＷＳ２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ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２
が移動制御される。そして、露光シーケンスが終了した
ウエハステージＷＳ２上のウエハＷ２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
ンスが終了したウエハステージＷＳ１上のウエハＷ１
は、投影光学系ＰＬの下で露光シーケンスが行われる。

【００７９】このように、一方のウエハステージでウエ
ハ交換とアライメント動作を実行する間に、他方のウエ
ハステージ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。

【００８０】本実施の形態のステージ装置では、ウエハ
ステージＷＳ１の移動に追従して同期ステージ１１５が
同期移動するので、Ｙチューブ１２９に擦れや叩き等の
外乱が発生せず、ウエハステージＷＳ１に対する移動制
御を高精度に維持することができる。また、本実施の形
態では、同期ステージ１１５が移動する際に駆動される
固定子１１１がウエハステージＷＳ１が移動する際に駆
動される固定子８４（固定子ブロック８３）と分離して
設けられているので、同期ステージ１１５の移動に伴う
微振動（特に高周波の振動）が固定子を介してウエハス
テージＷＳ１に伝わることを防止でき、ウエハステージ
ＷＳ１の移動制御を高精度に実施できる。

【００８１】特に、本実施の形態では、固定子１１１を
定盤１２に対して振動的に独立して設置しているので、
同期ステージ１１５の移動に伴う微振動が定盤１２に伝
わりウエハステージＷＳ１の移動制御に支障を来すこと
も防止している。従って、本実施の形態の露光装置で
は、レチクルＲとウエハＷとを同期移動してレチクルＲ
のパターンをウエハＷ上に露光する際にも、ウエハステ
ージＷＳ１、ＷＳ２の位置制御および移動制御を高精度
に行うことができ、パターンをウエハ上に高精度に形成
することができる。

【００８２】また、本実施の形態のステージ装置および
露光装置では、同期ステージ１１５がウエハステージＷ
Ｓ１に対して時間差をもって始動しているので、ウエハ
ステージＷＳ１の始動時に、Ｙチューブ１２９の引張力
や抗力が外乱として加わることを防止できる。また、本
実施の形態のように、複数のウエハステージＷＳ１、Ｗ
Ｓ２を有していた場合、例えばウエハステージＷＳ１の
移動によりガイドバーＧＢが微振動してウエハステージ
に微振動が伝わる虞がある。しかしながら、上述のよう
に、本実施の形態では、非接触ベアリング（気体ベアリ
ング）として動粘性係数の高いヘリウムを用いたヘリウ
ムベアリングを採用している。このため、ガイドバーＧ
Ｂが振動した際でも減衰性が高いので、ウエハステージ
ＷＳ２にガイドバーＧＢの振動による悪影響を与えるこ
とがない。

【００８３】そして、本実施の形態では、同期ステージ
１１５がウエハステージＷＳ１に対してＸＹ平面の２次
元で同期移動するため、ステップ・アンド・スキャン方
式やステップ・アンド・リピート方式のように、ウエハ
ステージＷＳ１が２次元移動する場合にも対応でき、汎
用性を高めることができる。さらに、ダブルステージ方
式のように、ウエハステージが複数設けられる場合に
は、ステージ毎に同期ステージを設けることで、いずれ
のステージにもＹチューブ１２９の変形等に起因する外
乱が作用することを防止（低減）でき、より汎用性を高
めることができる。しかも、本実施の形態では、複数
（２つ）の同期ステージ１１５が同一のＸガイド１０８
および固定子１１１を用いているので、装置の小型化お
よび低価格化に寄与している。

【００８４】さらに、本実施の形態では、ウエハステー
ジＷＳ１と同期ステージ１１５との間の距離を距離セン
サでモニターしているので、両ステージＷＳ１、１１５
同士が干渉したり、離れすぎてＹチューブ１２９の引張
力が加わることを未然に防ぐこともできる。

【００８５】なお、上記実施の形態においては、ウエハ
ステージが２基設けられた、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、ウエハステー
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、ステージ装置１（ウエハステ
ージＷＳ１、ＷＳ２）のみに同期ステージ１１５（同期
ステージ装置ＤＳ１、ＤＳ２）が設けられる構成とした
が、これに限られず、ステージ装置２（レチクルステー
ジＲＳＴ）にも、ステージ装置１と同様の構成を有する
同期ステージを設けてもよい。

【００８６】また、上記実施の形態では、本発明のステ
ージ装置を投影露光装置１０のウエハステージに適用し
た構成としたが、投影露光装置１０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。

【００８７】なお、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。

【００８８】投影露光装置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。

【００８９】投影露光装置１０の種類としては、ウエハ
Ｗに半導体デバイスパターンを露光する半導体デバイス
製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用の露
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。

【００９０】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。

【００９１】ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２やレチクル
ステージＲＳＴにリニアモータ（USP5,623,853またはUS
P5,528,118参照）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ＷＳ１、ＷＳ２、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、同期ステージ装置ＤＳ
１、ＤＳ２においても、同期ステージ１１５がＸガイド
１０８、１０８を案内にしてＸ方向に移動する構成とし
たが、必ずしも必要ではなく、ガイドを設けない構成と
してもよい。

【００９２】各ステージＷＳ１、ＷＳ２、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ＷＳ１、ＷＳ
２、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ＷＳ１、ＷＳ２、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ＷＳ１、ＷＳ
２、ＲＳＴの移動面側（ベース）に設ければよい。

【００９３】ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の移動によ
り発生する反力は、投影光学系ＰＬに伝わらないよう
に、特開平８−１６６４７５号公報（USP5,528,118）に
記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に
床（大地）に逃がしてもよい。本発明はこのような構造
を備えた露光装置においても適用可能である。レチクル
ステージＲＳＴの移動により発生する反力は、投影光学
系ＰＬに伝わらないように、特開平８−３３０２２４号
公報（USP6,020,710）に記載されているように、フレー
ム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
本発明はこのような構造を備えた露光装置においても適
用可能である。

【００９４】以上のように、本願実施形態の投影露光装
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。

【００９５】半導体デバイス等のマイクロデバイスは、
図７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
施形態の投影露光装置１０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。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係るス
テージ装置は、用力供給部材を中継する用力供給ステー
ジが、第１固定子と分離して設置された第２固定子に沿
ってステージ本体と同期移動する構成となっている。こ
れにより、このステージ装置では、用力供給部材に擦れ
や叩き等の外乱が発生せず、また用力供給ステージの移
動に伴う微振動（特に高周波の振動）が固定子を介して
ステージ本体に伝わることを防止できるので、ステージ
本体に対する移動制御を高精度に維持できるという効果
が得られる。

【００９７】請求項２に係るステージ装置は、第２固定
子が定盤とは振動的に独立して設置される構成となって
いる。これにより、このステージ装置では、用力供給ス
テージの移動に伴う微振動が定盤に伝わりステージ本体
の移動制御に支障を来すことを防止できるという効果が
得られる。

【００９８】請求項３に係るステージ装置は、ステージ
本体および用力供給ステージが２次元移動する構成とな
っている。これにより、このステージ装置では、ステッ
プ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピー
ト方式のように、ステージ本体が２次元移動する場合に
も対応でき、汎用性を高めることができるという効果を
奏する。

【００９９】請求項４に係るステージ装置は、用力供給
ステージが複数のステージ本体のそれぞれに対応して複
数設けられる構成となっている。これにより、このステ
ージ装置では、いずれのステージにも用力供給部材の変
形等に起因する外乱が作用することを防止（低減）で
き、より汎用性を高めることができるという効果を奏す
る。

【０１００】請求項５に係るステージ装置は、複数の用
力供給ステージが同一の第２固定子に沿って移動する構
成となっている。これにより、このステージ装置では、
装置の小型化および低価格化に寄与できるという効果を
奏する。

【０１０１】請求項６に係るステージ装置は、制御装置
が用力供給ステージをステージ本体に対して時間差をも
って始動させる構成となっている。これにより、このス
テージ装置では、ステージ本体の始動時に、用力供給部
材の引張力や抗力が外乱として加わることを防止できる
という効果が得られる。

【０１０２】請求項７に係るステージ装置は、検出装置
がステージ本体と用力供給ステージとの間の距離を検出
する構成となっている。これにより、このステージ装置
では、両ステージ同士が干渉したり、離れすぎによる引
張力が加わることを未然に防げるという効果が得られ
る。

【０１０３】請求項８に係る露光装置は、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
請求項１から７のいずれかに記載されたステージ装置が
用いられる構成となっている。これにより、この露光装
置では、マスクまたは基板の位置制御および移動制御を
高精度に行うことができ、パターンを基板上に高精度に
形成できるという効果が得られる。

【０１０４】請求項９に係るステージ装置は、気体軸受
けとチャンバーとにヘリウムを供給する供給装置を有し
ているので、簡単な構成でチャンバー内のヘリウム雰囲
気を保つことができる。

【０１０５】請求項１０に係るステージ装置は、気体軸
受けにヘリウムを供給しているので、一方のステージ本
体の振動が他方のステージ本体に悪影響を及ぼすことが
ない。

【０１０６】請求項１１に係る露光装置は、簡単な構成
でチャンバー内のヘリウム雰囲気を保つことができ、且
つ気体軸受けにヘリウムを供給することによりステージ
本体の振動が露光に悪影響を及ぼすことがない。このた
め、精度の高い露光装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す図であって、投
影露光装置の概略構成図である。

【図２】２つのウエハステージ、レチクルステー
ジ、投影光学系およびアライメント系の位置関係を示す
外観斜視図である。

【図３】ウエハステージおよび同期ステージが配設
されたステージ装置の外観斜視図である。

【図４】ウエハステージをＸ方向に駆動するリニア
モータ部分の断面図である。

【図５】固定子ブロックが保持部材に保持された正
面図である。

【図６】本発明の実施の形態を示す図であって、同
期ステージ装置の外観斜視図である。

【図７】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８】従来技術のステージ装置の一例を示す外観
斜視図である。

【図９】ステージ本体の移動と用力供給部材との関
係を示す概略正面図である。

【符号の説明】

Ｒレチクル（マスク）ＲＳＴレチクルステージ（マスクステージ）ＷＳ１、ＷＳ２ウエハステージ（ステージ本体）Ｗ、Ｗ１、Ｗ２ウエハ（基板）１ステージ装置（基板ステージ）２ステージ装置（マスクステージ）４チャンバー１０投影露光装置（露光装置）１２定盤３８ステージ制御装置（制御装置）８３固定子ブロック（第１固定子）８６、８８、１０２ヘリウムベアリング（気体軸受
け）１１１固定子（第２固定子）１１５同期ステージ（用力供給ステージ）１２９用力供給部材（Ｙチューブ）１５０チャンバー制御装置（供給装置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F078 CA02 CA08 CB05 CB12 CB15 CC11 5F031 CA02 CA05 HA12 HA13 HA38 HA53 HA55 HA57 JA02 JA06 JA09 JA14 JA17 JA28 JA29 JA30 JA32 JA38 KA06 KA07 KA08 LA03 LA08 LA10 LA18 MA27 NA04 5F046 AA23 BA04 BA05 CC01 CC18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】用力を供給する用力供給部材が接続さ
れ、第１固定子に沿って定盤上を移動するステージ本体
を備えたステージ装置において、前記第１固定子と分離して設置された第２固定子と、前記用力供給部材を中継するとともに前記第２固定子に
沿って前記ステージ本体と同期移動する用力供給ステー
ジとを備えることを特徴とするステージ装置。
【請求項２】請求項１記載のステージ装置におい
て、前記第２固定子は、前記定盤とは振動的に独立して設置
されることを特徴とするステージ装置。
【請求項３】請求項１または２記載のステージ装置
において、前記ステージ本体および前記用力供給ステージは、２次
元移動することを特徴とするステージ装置。
【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載のス
テージ装置において、前記ステージ本体は、互いに独立移動自在に複数設けら
れ、前記用力供給ステージは、前記複数のステージ本体のそ
れぞれに対応して複数設けられることを特徴とするステ
ージ装置。
【請求項５】請求項４記載のステージ装置におい
て、前記複数の用力供給ステージは、同一の前記第２固定子
に沿って移動することを特徴とするステージ装置。
【請求項６】請求項１から５のいずれかに記載のス
テージ装置において、前記用力供給ステージを前記ステージ本体に対して時間
差をもって始動させる制御装置を有することを特徴とす
るステージ装置。
【請求項７】請求項１から６のいずれかに記載のス
テージ装置において、前記ステージ本体と前記用力供給ステージとの間の距離
を検出する検出装置を備えることを特徴とするステージ
装置。
【請求項８】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、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から７のいずれかに記
載されたステージ装置が用いられることを特徴とする露
光装置。
【請求項９】移動面に沿ってステージ本体を移動さ
せるステージ装置において、前記移動面と前記ステージ本体との間に、前記移動面と
前記ステージ本体とを非接触で対向させる気体軸受けを
設け、前記ステージ装置を密封可能に包囲するチャンバーと、前記気体軸受けと前記チャンバーとにヘリウムを供給す
る供給装置と、を備えたことを特徴とするステージ装
置。
【請求項１０】前記ステージ装置は、複数のステー
ジ本体を有していることを特徴とする請求項９記載のス
テージ装置。
【請求項１１】マスクを移動するマスクステージ
と、基板を移動する基板ステージとを備え、前記マスク
のパターンを前記基板に露光する露光装置において、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
一方に、請求項９または請求項１０記載のステージ装置
を用いたことを特徴とする露光装置。