JP4677267B2 - 平面ステージ装置及び露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、平面ステージ装置及びそれが組み込まれた露光装置に関する。

近年の半導体デバイスの急速な微細化に伴い、デバイス製造装置に対して要求される仕様が厳しくなってきている。半導体露光装置においても、その重要な構成部品であるステージ装置の高速・高精度化が急速に進んでいる。

従来、ウエハステージの位置決め機構は、ＸＹ平面を移動可能なＸＹステージからなる粗動部と、ＸＹステージ上に搭載されチルト及びＺ方向に微小移動可能な微動部とを有する粗動・微動２段構成のステージ機構が採用されてきた。また、従来は、駆動機構としてリニアモータを使用し、案内機構として静圧軸受けによる非接触軸受けを使用する構成が一般的であった。

ステージには、例えば、アライメントに用いるセンサの駆動用ケーブル、センサの信号用ケーブル、ウエハをチャックするため吸引用のチューブ、ステージを冷却するための冷却用チューブ等のラインが接続される。したがって、外部の振動がケーブルやチューブ等のラインを介して粗動部及び微動部に伝達されて、ステージの位置決め精度が低下することがある。

特許文献１には、ステージに対してケーブル類中継部を追随させることによってケーブル類から基板ステージに作用する反力を一定にし、基板ステージの位置決め精度を高めることが開示されている。
特開平１０−２３３５２７号公報

半導体露光装置においては、スループット向上のため、原版のパターンが転写されるウエハの大径化と、リニアモータに要求される加速力及び最大速度の向上が求められている。ところが、粗動・微動の２段構成では、装置が大型化することから、１）所望のステージ加速度を得ることが困難になり、２）加速時のリニアモータ発熱が増大して露光精度の確保が困難になり、３）ステージの機械的な固有振動数低下に伴ってサーボ帯域を確保することが困難となる、といった問題がある。

したがって、粗動・微動の２段構成では、高速化に対応した装置仕様の実現が困難になりつつある。そこで、ウエハの大径化に対応し、より高速化を目指したステージ装置を提供するために、ＸＹ平面方向の長ストロークにおいても高精度な位置決めが可能なガイドレスの６自由度平面ステージ装置が提案されている。

また、スループット向上のために２つのステージを備え、一方のステージを利用して露光動作を行なっている間に、他方のステージを利用してアライメント用の計測を並行して行ない、露光終了後に２つのステージを入れ替えることで、直ちに次のウエハの露光を行なうことが可能なツインステージ方式が提案されている。

こうした状況において、ステージ自体の高速化と同様に、補助ステージにも高速化が求められる。また、ツインステージ方式のステージ装置においては、２つのステージの入替え動作に対応した補助ステージが望まれる。更に、粗動部と微動部が一体化された平面ステージ装置においては、ケーブルやチューブ等のラインからステージに伝達される振動がそのままウエハの振動となるために、補助ステージの剛性の向上が求められる。

本発明は、上記の課題認識を基礎としてなされたものであり、例えば、高精度化及び高速化に有利な平面ステージ装置及びそれを組み込んだ露光装置を提供することを目的とする。

本発明の平面ステージ装置は、平面部を有する固定子と、前記平面部上で移動する第１、第２の可動子と、前記平面部上で前記第１、第２の可動子に対して非接触状態を維持しながら移動する第１、第２の補助構造体と、前記第１、第２の補助構造体をそれぞれ第１方向に沿ってガイドする第１、第２の第１方向ガイドと、前記第１、第２の補助構造体をそれぞれ前記第１方向に直交する第２方向に沿ってガイドする第１、第２の第２方向ガイドと、を備え、前記第１、第２の補助構造体は、それぞれ前記第１、第２の可動子とほぼ一定の位置関係を維持するように駆動され、前記第１の可動子と前記第２の可動子とが前記平面部上で入れ替えられる際に、前記第１、第２の補助構造体は、互いに干渉することなく、それぞれ前記第１、第２の可動子とほぼ一定の位置関係を維持するように駆動される。

本発明の好適な実施形態によれば、前記平面ステージ装置は、前記第１、第２の補助構造体にそれぞれ固定された第１、第２の中継部を更に備え、前記第１、第２の可動体からそれぞれ引き出されたラインは、前記第１、第２の中継部によって中継される。

本発明の好適な実施形態によれば、前記第１の第１方向ガイドは、前記固定子の第１の側面に沿って配置され、前記第２の第１方向ガイドは、前記第１の側面の反対側の第２の側面に沿って配置される。前記第１、第２の側面は、前記固定子の長手方向の側面であることが好ましい。

本発明の好適な実施形態によれば、前記第１の補助構造体は、前記第１の可動子の第１の方向側で前記第１の可動子と並走し、前記第２の補助構造体は、前記第２の可動子の前記第１の方向側で前記第２の可動子と並走する。本発明の他の好適な実施形態によれば、前記第１の補助構造体は、前記第１の可動子の第１の方向側で前記第１の可動子と並走し、前記第２の補助構造体は、前記第２の可動子の第２の方向側で前記第２の可動子と並走し、ここで、前記第１の方向と前記第２の方向とは互いに反対方向である。

本発明の好適な実施形態によれば、前記第１、第２の第２方向ガイドは、クロスローラガイドを含みうる。
本発明の好適な実施形態によれば、前記第１、第２の第２方向ガイドは、前記第１、第２の第１方向ガイドによってそれぞれガイドされる第１、第２可動部材にそれぞれ設けられる。
本発明の好適な実施形態によれば、前記平面ステージ装置は、前記第１、第２の補助可動部材にそれぞれ固定された第１、第２の干渉計を更に備え、前記第１、第２の干渉計によってそれぞれ前記第１、第２の可動子の鉛直方向の位置が計測される。

本発明の好適な実施形態によれば、前記平面ステージ装置は、前記第１、第２の可動子と前記第１、第２の補助構造体とが衝突する際の衝撃を低減する機構を更に備える。

本発明の好適な実施形態によれば、前記平面ステージ装置は、前記第１、第２の補助構造体の位置をそれぞれ計測するエンコーダを更に備え、前記エンコーダは、アブソリュートタイプである。

本発明の好適な実施形態によれば、前記第１、第２の補助構造体は、それぞれリニアモータによって駆動される。

本発明の露光装置は、基板にパターンを転写する露光装置に係り、基板ステージとして、上記の平面ステージ装置を備える。

本発明によれば、例えば、高精度化及び高速化に有利な平面ステージ装置及びそれを組み込んだ露光装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１及び図２は、本発明の第１実施形態の平面ステージ装置の構成を概略的に示す図である。図１（ａ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、平面ステージ装置１００の平面図、図１（ｂ）は、平面ステージ装置１００の側面図である。図２（ａ）は、平面ステージ装置１００の一部を拡大した平面図、図２（ｂ）は、平面ステージ装置１００を拡大した側面図である。

まず、図１を参照しながら平面ステージ装置１００の基本構成を説明する。平面ステージ装置１００は、ツインステージ構成のウエハステージ装置として露光装置に組み込まれうる。平面ステージ装置１００は、平面部を有する固定子１と、固定子１の平面部上で移動する２つの可動子２ａ、２ｂとを備えている。可動子２ａ、２ｂは、ウエハ（基板）等の物体を保持して移動するステージとして構成されうる。

可動子２ａ、２ｂは、固定子との間で発生するローレンツ力等の電磁力によって固定子１の平面部上で２次元的に駆動される。もちろん、可動子２ａ、２ｂは、６軸駆動されてもよい。このような構成で可動子２ａ、２ｂが２軸以上で駆動される構成は、平面モータと呼ばれる。可動子２ａ、２ｂは、広い可動領域の全域に渡って高精度に位置決めされるように、すなわち、粗動部及び微動部の双方の機能を有するように構成されうる。可動子２ａ、２ｂの下面には、磁石列（典型的には、永久磁石列）が配置される。

平面ステージ装置１００が露光装置に組み込まれる場合、固定子１の長手方向（Ｙ方向）に沿って、露光領域及びアライメント用の計測領域が配置されうる。２つの可動子（ステージ）２ａ、２ｂは、露光領域及び計測領域を行き来することができる。

第１可動子（例えば、２ａ）が露光領域内に配置されるとともに第２可動子（例えば、２ｂ）が計測領域内に配置されて、第１可動子上に載置されたウエハについての露光処理と第２可動子（例えば、２ｂ）上に載置されたウエハについての計測処理とが並行して実行されうる。この並行処理が終了すると、第１可動子と第２可動子とが入れ替えられる。この入れ替え（スワップ）の前、途中又は後に、第１可動子上に載置されていたウエハが新しいウエハによって置き換えられる。そして、入れ替え後に、第２可動子上に載置されているウエハが既になされた計測処理による計測結果に基づいてアライメントされながら露光されるとともに、第１可動子上に載置された新しいウエハについて計測処理が実行される。

可動子２ａ、２ｂの適所、例えば側面には、不図示の干渉計からの光ビームを反射する不図示のバーミラーが搭載されていて、ＸＹ平面内の可動子２ａ、２ｂの位置が計測される。

固定子１の両側面の脇には、ガイド部材（第１方向ガイド或いはＹ方向ガイド）４ａ、４ｂが固定子１の長手方向（Ｙ方向）に沿って併設されている。第１補助テーブル（第１方向可動部材）５ａ、５ｂは、Ｙ方向に移動することができるように、ガイド部材４ａ、４ｂによってガイドされる。ガイド部材４ａ、４ｂには、例えば、Ｙ方向に延びたガイドレールが設けられ、第１補助テーブル５ａ、５ｂは、例えば、直動ベアリングを介して該ガイドレールによってガイドされうる。第１補助テーブル５ａ、５ｂは、典型的には、ガイド部材４ａ、４ｂにそれぞれ直交する方向に延びている。

第２補助テーブル（補助構造体；第２方向可動部材）６ａ、６ｂは、Ｘ方向に移動することができるように、第１補助テーブル（第１方向可動部材）５ａ、５ｂによってそれぞれ支持されている。第１補助テーブル５ａ、５ｂには、例えば、Ｘ方向に延びたガイドレール（第２方向ガイド）が設けられ、第２補助テーブル６ａ、６ｂは、直動ベアリングを介して該ガイドレールによってガイドされうる。

以上の構成により、第２補助テーブル６ａ、６ｂは、Ｘ、Ｙ方向に移動することができる。

第１補助テーブル５ａ、５ｂは、例えば、リニアモータによってＹ方向に沿って駆動されうる。第２補助テーブル６ａ、６ｂは、例えば、リニアモータによってＸ方向に沿って駆動されうる。
第２補助テーブル６ａ、６ｂは、可動子２ａ、２ｂと第２補助テーブル６ａ、６ｂとの間隔が一定に維持された状態で可動子２ａ、２ｂと併走する。

図１（ｃ）、（ｄ）は、２つの可動子２ａ、２ｂが露光領域とアライメント用の計測領域との間で入れ替えられる動作（スワップ動作）を示している。まず、図１（ａ）に示す状態において、可動子２ａは＋Ｘ方向へ、可動子２ｂ−Ｘ方向へ移動し、これに伴走する第２補助テーブル６ａは＋方向へ、第２補助テーブル６ｂは−Ｘ方向へ移動する。次いで、可動子２ａ、第２テーブル６ａ及び第１補助テーブル５ａは＋Ｙ方向に、可動子２ｂ、第２補助テーブル６ｂ及び第１補助テーブル５ｂは−Ｙ方向に移動する。これにより、図１（ｃ）のように、まず可動子２ａと２ｂが、固定子１の長手方向の中央付近ですれ違い、次いで、図１（ｄ）のように補助テーブル同士がすれ違う。次いで、可動子２ａは−Ｘ方向へ、可動子２ｂ＋Ｘ方向へ移動し、これに伴走する第２補助テーブル６ａは−方向へ、第２補助テーブル６ｂは＋Ｘ方向へ移動し、図１（ｅ）に示すように、入れ替え動作が完了する。

このようなすれ違い動作を可能にするために、図１（ｄ）に示すように、第１補助テーブル５ａ、第２補助テーブル６ａ及びガイド部材４ａを含んで構成される補助ステージ装置３ａと、第１補助テーブル５ｂ、第２補助テーブル６ｂ及びガイド部材４ｂを含んで構成される補助ステージ装置３ｂとが入れ替え時に互いに接触しないように配置されている。すなわち、少なくとも可動子２ａ、２ｂがすれ違う際は、第１補助ステージ装置３ａの可動部分が固定子１のＸ方向の中心の左側に突出せず、第２補助ステージ装置３ｂの可動部分が固定子１のＸ方向の中心の右側に突出しない。
次に、図２を参照しながら図１に示す平面ステージ装置１００の詳細な構成例を説明する。図２は、補助ステージ装置３ａ、３ｂのうち補助ステージ装置３ａのみが示されているが、両者は同様の構成を有する。以下の説明では、補助ステージ装置３ｂの構成要素については、括弧を用いて付記する。

ガイド部材４ａ（４ｂ）の上面には、Ｙ方向に沿って２本のリニアガイドレール７ａ（７ｂ）が平行に配置されている。ベアリングブロックを有する第１補助テーブル５ａ（５ｂ）は、レール７ａ（７ｂ）に沿って、すなわちＹ方向に沿って移動することができる。なお、ベアリングブロックは、少なくとも各レール７ａ（７ｂ）について１つ以上備えられ、第１補助テーブル５ａ（５ｂ）の移動面であるＸＹ平面内の回転ガタが抑えられる。ここで、ＸＹ平面内において第１補助テーブル５ａ（５ｂ）に作用するモーメントを許容しうるベアリングブロック及びレール７ａ（７ｂ）が選定されることが好ましい。

第１補助テーブル５ａ（５ｂ）の上面には、Ｘ方向に沿って２本のリニアガイドレール１０ａ（１０ｂ）が平行に配置されている。ベアリングブロック（不図示）を有する第２補助テーブル６ａ（６ｂ）は、レール１０ａ（１０ｂ）に沿って、すなわちＸ方向に沿って移動することができる。
可動子２ａ（２ｂ）は、例えば、アライメントに用いるセンサの駆動用ケーブル、センサの信号用ケーブル、ウエハをチャックするため吸引用のチューブ、ステージを冷却するための冷却用チューブ等のラインを有する。

このようなラインは、可動子２ａ（２ｂ）に固定された第１中継ブロック１８ａ（１８ｂ）から可動子２ａ（２ｂ）の外部に引き出される。補助ステージ３ａ（３ｂ）の第２補助テーブル６ａ（６ｂ）には、第２中継ブロック１６ａ（１６ｂ）が固定されている。第１中継ブロック１８ａ（１８ｂ）から引き出された第１ライン（例えば、ケーブル及び／又はチューブ）１７ａ（１７ｂ）は、第２中継ブロック１６ａ（１６ｂ）に接続されている。第１ライン１７ａ（１７ｂ）は、例えば、中央部付近にたるみ（緩衝機能）を有する状態で第１中継ブロック１８ａ（１８ｂ）と第２中継ブロック１６ａ（１６ｂ）との間を接続する。このような緩衝機能によって可動子の微動による第１ライン１７ａ（１７ｂ）のテンション変化を抑制し、第１ライン１７ａ（１７ｂ）によって可動子に力が加えられることを抑制することができる。

更に、第１補助テーブル１１ａ（１１ｂ）に固定された第３中継ブロック１４ａ（１４ｂ）と２中継ブロック１６ａ（１６ｂ）との間は、第２ライン（例えば、ケーブル及び／又はチューブ）１５ａ（１５ｂ）で接続されている。第２ライン１５ａ（１５ｂ）は、第１補助テーブル５ａ（５ｂ）に沿って配置されているここで、第２補助テーブル６ａ（６ｂ）の移動に伴って第２中継ブロック１６ａ（１６ｂ）も移動するため、第２ライン１５ａ（１５ｂ）は、一部にＵターン部を設けて不図示のクランプで部分的に固定されうる。なお、クランプの代わりにケーブルベアなどを用いてもよい。

更に、第３中継ブロック１４ａ（１４ｂ）と平面ステージ装置の外部接続部（不図示）との間は、第３ライン（例えば、ケーブル及び／又はチューブ）１３ａ（１３ｂ）によって接続される。第３中継ブロック１４ａ（１４ｂ）は、第１補助テーブル５ａ（５ｂ）上に固定されていて、第３ライン１３ａ（１３ｂ）は、第１補助テーブル５ａ（５ｂ）がＹ方向に移動する際にその移動を阻害しないように一部にＵターン部等を設けて第３中継ブロック１４ａ（１４ｂ）に接続されうる。

第２補助テーブル６ａ（６ｂ）、第１補助テーブル５ａ（５ｂ）をそれぞれＸ方向、Ｙ方向に駆動するための駆動源としては、リニアモータが採用されうる。例えば、第２補助テーブル６ａ（６ｂ）には、隣り合う磁石の磁極の向きを反対にして磁石（不図示）が配列され、第１補助テーブル５ａ（５ｂ）には、複数のコイル（不図示）が配列されうる。このコイルに電流を流すことによって、第２補助テーブル６ａ（６ｂ）をＸ方向に駆動することができる。ここで、第１補助テーブル５ａ（５ｂ）側にコイルを配置することにより、第１補助テーブル５ａ（５ｂ）と第２補助テーブル６ａ（６ｂ）との合計重量を抑えることができる。また、コイルの冷却用チューブ及び駆動用ケーブルを第２補助テーブル６ａ（６ｂ）に搭載しないことによって、第２補助テーブル６ａ（６ｂ）での振動の発生を抑制することができる。

第２補助テーブル６ａ（６ｂ）の位置は、ヘッド部１２ａ（１２ｂ）及びスケール１１ａ（１１ｂ）を含む第２エンコーダによって計測される。ヘッド部１２ａ（１２ｂ）は、第２補助テーブル６ａ（６ｂ）に固定され、スケール１１ａ（１１ｂ）は、第１補助テーブル５ａ（５ｂ）に固定されうる。この第２エンコーダから提供される位置情報に基づいてＸ方向の駆動用のリニアモータを制御することによって、可動子２ａ（２ｂ）に対して一定のＸ方向間隔を維持しながら、可動子２ａ（２ｂ）に接触することなく、第２補助テーブル６ａ（６ｂ）をＸ方向に並走させることができる。

Ｙ方向の駆動については、第１補助テーブル５ａ（５ｂ）に固定された複数のコイルと、ガイド部材４ａ（４ｂ）に固定された磁石とでリニアモータを構成することができる。ここで、ガイド部材４ａ（４ｂ）側に磁石を配置することによって、可動側である第１補助テーブル５ａ（５ｂ）の重量を低減することができる。

第１補助テーブル５ａ（５ｂ）の位置は、ヘッド部９ａ（９ｂ）及びスケール８ａ（８ｂ）を含む第１エンコーダによって計測される。ヘッド部９ａ（９ｂ）は、第１補助テーブル５ａ（５ｂ）に固定され、スケール８ａ（８ｂ）は、ガイド部材４ａ（４ｂ）に固定されうる。第１エンコーダから提供される位置情報に基づいてＹ方向の駆動用のリニアモータを制御することで、可動子２ａ（２ｂ）に対して一定のＹ方向間隔を維持しながら、可動子２ａ（２ｂ）に接触することなく、第１補助テーブル５ａ（５ｂ）及び第２補助テーブル６ａ（６ｂ）をＹ方向に並走させることができる。

したがって、第２補助テーブル６ａ（６ｂ）は、可動子２ａ（２ｂ）に対して一定の位置関係かつ非接触状態を維持しながら可動子２ａ（２ｂ）と並走する。また、補助ステージ装置３ａと補助ステージ３ｂが干渉（衝突）しないように構成されているので、可動子２ａ、２ｂの入れ替え時においても、可動子に補助ステージ装置を並走させることができる。
前述の第１、第２エンコーダとしてアブソリュートタイプのエンコーダを使用することにより、インクリメントタイプで必要な所定の位置基準におけるリセットが不要になり、装置の立ち上げ時に速やかに補助ステージ装置を制御することができる。同時に、可動子の初期駆動時における位置把握が可能となり、この位置情報をもとに、固定子に複数配されたコイルに対し選択的に通電することが可能となる。また、第２補助テーブル、第１補助テーブルの駆動源としてリニアモータを採用することで非接触駆動が実現できるため、クリーンな環境が要求される所や、高耐久が要求される所での使用に有効である。これにより、可動子に対してケーブルやチューブ等のラインによって振動等の外乱を与えることないツインステージを提供することができる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態の平面ステージ装置の構成を概略的に示す図である。図３において、図１及び図２に示された符号と同じ符号で示された構成要素は、第１実施形態の構成要素と同様のものであるので、必要がない限り説明を省略する。

図３において、補助ステージ装置３ｂと可動子２ｂとの相対的な位置関係が、第１実施形態を示す図１におけるものと異なり、＋Ｙ方向側に可動子、−Ｙ方向側に補助ステージが配置されている。すなわち、この実施形態では、可動子２ａ、２ｂに対して、補助ステージ装置３ａ、３ｂがそれぞれ−Ｙ方向側に配置され、可動子に非接触で追従する。

図４は、第１実施形態と第２実施形態とを比較した図である。図４（ａ）は、第２実施形態の平面ステージ装置の概略図であり、固定子１内に記載されている２点鎖線は、露光時及びアライメント用の計測時に可動子２ａ，２ｂが可動する領域が示されている。Ｌ１は、２つの可動子（ステージ）がＹ方向に最も離れたときに固定子１と補助ステージ装置３ａ、３ｂが占有するＹ方向の長さを示す。一方、図４（ｂ）は、第１実施形態の平面ステージ装置の概略図であり、Ｌ２は、２つのステージがＹ方向に最も離れたときに固定子１と補助ステージ装置３ａ、３ｂが占有するＹ方向の長を示す。第２実施形態のように、可動子と補助ステージ装置との相対的な位置関係を採用することにより、固定子の長さは同じであっても、１つの補助ステージ装置のＹ方向長さ分に相当する分ΔＬ（＝Ｌ２−Ｌ１）だけ平面ステージ装置を縮小することができ、装置の小型化が可能となる。

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態の平面ステージ装置の構成を概略的に示す図である。図５（ａ）において、固定子１の両側面の脇には、ガイド部材４ａ、４ｂが固定子１の長手方向（Ｙ方向）に沿って配置されている。ガイド部材４ａ、４ｂ上には、ガイド部材４ａ、４ｂに対して直角をなす方向に延びるクロスローラガイドを含む伸縮機構１９ａ、１９ｂが配置されている。伸縮機構１９ａ、１９ｂは、ガイド部材４ａ、４ｂに沿ってＹ方向に移動することができる。クロスローラガイドは、Ｘ固定部２０ａ、２０ｂと、可動子と一定の間隔を維持しながら非接触状態で移動するＸ可動部２２ａ、２２ｂ、及び、複数のコロや玉などの転動体を含む転動部２１ａ、２１ｂを有する。

図５（ｂ）は、可動子２ａ、２ｂのスワップ動作のために、可動子２ａが右側（＋Ｘ方向）に、可動子２ｂが左側（−Ｘ方向）にそれぞれ寄ったときの状態を示している。クロスローラガイドのＸ可動部２２ａ、２２ｂが移動し、クロスローラガイドが縮むことで、可動子のスワップ時に、補助ステージ間が接触しないですれ違うことができる。

図６は、第３実施形態の平面ステージ装置Ｘ方向の駆動機構及びライン（例えば、ケーブル及び／又はチューブ）の実装の例を示している。第２補助テーブル６ａ（６ｂ）は、その下面にクロスローラガイドのＸ可動部２２ａ（２２ｂ）が固定され、Ｘ方向に移動可能に構成されている。不図示のモータの回転力がプーリ２３ａ（２３ｂ）からベルト２４ａ（２４ｂ）を介してギア２５ａ（２５ｂ）に、そして第２補助テーブル６ａ（６ｂ）に具備されているピ二オン２６ａ（２６ｂ）に伝達されることで、第２補助テーブル６ａ（６ｂ）が駆動される。第２補助テーブル６ａ（６ｂ）には、第１実施形態と同様に第２中継ブロック１６ａ（１６ｂ）が固定され、第２中継ブロック１６ａ（１６ｂ）には、第２ライン１５ａ（１５ｂ）が接続されている。 クロスローラガイドを補助ステージ装置のＸ方向の駆動機構として使用することにより、Ｘ可動部を軽量化することができる。これにより、可動子に対してケーブルやチューブ等のラインによって振動等の外乱を与えることないツインステージを提供することができる。

（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態の平面ステージ装置の構成を概略図を示す図である。図７（ａ）において、補助ステージ装置のＸ方向の伸縮機構２８ａ、２８ｂは、第３実施形態と同様のクロスローラガイドと、可動子２ａ、２ｂと一定の位置関係を維持しながら非接触状態で移動する従動部２９ａ、２９ｂを有する。従動部２９ａ、２９ｂには、第１実施形態と同様に第２中継ブロックが固定され、この第２中継ブロックを介して可動子２ａ、２ｂにライン（例えば、ケーブル及び／又はチューブ）が接続される。

図７（ｂ）、（ｃ）は、露光及び計測処理の並行実行時に、可動子２ａ、２ｂがＸ方向に移動している状態を示しており、可動子２ａ、２ｂの動きに合わせ、補助ステージ装置の従動部２９ａ、２９ｂが伴走している。このとき、クロスローラガイドのＸ可動部２２ａ、２２ｂは、伸びた状態のままであることができる。図７（ｄ）は、スワップ動作時に可動子２ａ、２ｂがすれ違うために、可動子２ａは右側（＋Ｘ方向）に、可動子２ｂは左側（−Ｘ方向）にそれぞれ寄ったときの状態を示している。伸びた状態だったクロスローラガイドのＸ可動部２２ａ、２２ｂは、互いの距離が遠くなるように移動する。すなわち、Ｘ可動部２２ａは＋Ｘ方向に移動し、Ｘ可動部２２ｂは−Ｘ方向に移動する。

これにより、図７（ｅ）に示すように、２つの可動子２ａ、２ｂがすれ違う時に、２つの補助ステージ装置が干渉することなく、可動子２ａ、２ｂと並走することができる。そして、図７（ｆ）に示すように、再びＸ可動部２２ａ、２２ｂを伸ばして次動作が実行される。

これにより、クロスローラガイドのＸ可動部を露光及び計測の実行中移動させる必要がなくなるため、Ｘ可動部の駆動時間を抑えることでき、クロスローラガイドの寿命を延ばすことができる。

（第５実施形態）
図８は、本発明の第５実施形態の平面ステージ装置の構成を概略的に示す図である。補助ステージ装置の第２補助テーブル６ａ（６ｂ）には、第２中継ブロック１５ａ（１５ｂ）が固定されている。第２中継ブロック１５ａ（１５ｂ）と、可動子２ａ（２ｂ）に設けられた第１中継ブロック１７ａ（１７ｂ）とは、第１ライン（ケーブル及び／又はチューブ）１７ａ（１７ｂ）によって接続されている。

第２補助テーブル６ａ、（６ｂ）には、衝撃緩衝用板バネ３５ａ（３５ｂ）が連結部材３４ａ（３４ｂ）を介して固定されている。図９は、可動子及び衝撃緩衝用板バネの構成例を示す斜視図である。衝撃緩衝用板バネ３５ａ（３５ｂ）の先端には、可動子２ａ（２ｂ）の側面に取付けられたピン状の突起３６ａ（３６ｂ）に対して、例えば０．１ｍｍ程度の適当な間隙を全周にわたって有する円環状のピン受け部５０ａが固定されている。

第２補助テーブル６ａ（６ｂ）の可動範囲の端部には、衝撃を吸収するアブソーバ３１ａ（３１ｂ）、３２ａ（３２ｂ）が設けられている。また、第１補助テーブル５ａ（５ｂ）の可動範囲の端部にも、同様に、衝撃を吸収するアブソーバ３０ａ（３０ｂ）が設けられている。

このような衝撃低減機構（衝撃緩衝機構及び衝撃吸収機構）を補助ステージ装置に設けることにより、予期せぬ原因により、可動子が暴走したり、可動子が急に停止して、伴走していた補助ステージ装置が非接触状態を保持できずに可動子に衝突したりしたときに、可動子へのダメージを最小限に抑えることができる。図１０は、衝突時の挙動の一例を示している。図１０では、可動子が−Ｙ方向に暴走し、通常保持している間隔を維持できず、可動子側面に取付けられたピン状の突起３６ａ（３６ｂ）が補助ステージ装置側の円環状のピン受け部５０ａ（５０ｂ）に接触した状態を示している。ピン受け部５０ａ（５０ｂ）に荷重がかかると衝撃緩衝用板バネ３５ａ（３５ｂ）がたわみ、衝突時の衝撃力を緩和する。この力が第２補助テーブル６ａ（６ｂ）を介して第１テーブル５ａ（５ｂ）に伝わる。第１補助テーブル５ａ（５ｂ）の駆動状態にもよるが、仮に第１補助テーブルを保持している力が小さいときには、第１補助テーブルが受けた力の方向である−Ｙ方向に移動し、アブソーバ３０ａ（３０ｂ）によって運動エネルギーが吸収され停止する。

このように、補助ステージ装置に可動子へのラインの中継機能を持たせるだけでなく、衝撃吸収機構や衝撃緩衝機構を設けることで、ステージ（可動子）の破損防止に対しても有効な機構をもつ補助ステージ装置を実現することができる。

（第６実施形態）
図１１は、本発明の第６実施形態の平面ステージ装置の構成を概略的に示す図である。第１補助テーブル５ａ、５ｂが、Ｘ方向に延びるとともに、Ｙ方向にも延びていて、このＹ方向に延びた部分に、可動子２ａ、２ｂのＺ軸方向の位置を計測するための干渉計３８ａ、３８ｂが搭載されている。不図示のレーザヘッドより干渉計に投光されたレーザ光を上方にある折曲げミラー３９〜４２によって折り曲げ、可動子上面のＸ方向に設けられた平面ミラー３７ａ、３７ｂで反射させることで、可動子のＺ方向の位置を計測することができる。

なお、平面ミラー３７ａ、３７ｂは、Ｙ方向にオフセットして２列に配置されていて、１つの可動子について２点を計測し、Ｘ軸まわりのピッチングを計測可能にしている。また、折り曲げミラー３９〜４２は、Ｙ方向に延びていて、可動子のスワップ時においても計測を続行することができる。

このように干渉計部品を補助ステージ装置に設けることで干渉計用としてのガイドレールや駆動系を別に配置する必要がなくなり、スペース、コスト面で有利となる。

ここでは、干渉計を第１補助テーブルに設置したが、干渉計を別置きにして、折り曲げミラーを第１補助テーブルに配置することもできる。

（第７実施形態）
図１２は、本発明の第７実施形態の平面ステージ装置の構成を概略的に示す図である。各可動子２ａ（２ｂ）に関して、ガイド部材４３ａ（４３ｂ）上によってＹ方向の移動をガイドされる２つの第１補助テーブル４４ａ、４６ａ（４４ｂ、４６ｂ）が設けられている。また、２つの第２補助テーブル４５ａ、４７ａが、それぞれ第１補助テーブル４４ａ、４６ａによってＸ方向に移動可能に保持されている。
この構成によって、前述の各実施形態に比べて、ライン（例えば、ケーブル及び／又はチューブ類）を分割し、一方の第１補助テーブル及び第２補助テーブルに実装されうる重量を減少させることで、個々の第１及び第２補助テーブルを軽量化することが可能となる。また、可動子と補助ステージ装置との接触時の衝撃力及び負荷荷重を分散することが、同時に衝撃低減機構（衝撃吸収機構、衝撃緩衝機構）も、より許容荷重の小さいものを選定することができるため、軽量化に有効である。

以上の実施形態は、本発明を２つの可動子をもつツインステージタイプのステージ装置に提供した例であるが、本発明は、可動子が１つのタイプのステージ装置に適用することもできる。

（露光装置への適用例）
前述のように、上記の各実施形態に代表される平面ステージ装置は、ツインステージ構成の上はステージ装置として露光装置に組み込まれうる。図１３は、上記の各実施形態に代表される平面ステージ装置を組み込んだ露光装置の概略構成を示す図である。なお、図１３では、補助ステージ装置は、図示を省略されている。

露光装置は、固定子１上にアライメント用の計測処理のための計測ユニット１１０と、計測ユニット１１０による計測結果にしたがってウエハ（基板）をアライメントしながら複数のショット領域に順にパターンを転写する露光ユニット１２０とを備えている。

固定子１の長手方向（Ｙ方向）に沿って、計測ユニット１１０によって計測を実行する計測領域と、露光ユニット１２０によって露光を実行する露光領域とが配置される。２つの可動子（ステージ）２ａ、２ｂは、露光領域及び計測領域を行き来することができる。

第１可動子（例えば、２ａ）が露光領域内に配置されるとともに第２可動子（例えば、２ｂ）が計測領域内に配置されて、第１可動子上に載置されたウエハについての露光処理と第２可動子（例えば、２ｂ）上に載置されたウエハについての計測処理とが並行して実行される。この並行処理が終了すると、第１可動子と第２可動子とが入れ替えられる（スワップ）。この入れ替えの前、途中又は後に、第１可動子上に載置されていたウエハが新しいウエハによって置き換えられる。そして、入れ替え後に、第２可動子上に載置されているウエハが計測処理による計測結果に基づいてアライメントされながら露光されるとともに、第１可動子上に載置された新しいウエハについて計測処理が実行される。

本発明の第１実施形態の平面ステージ装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の第１実施形態の平面ステージ装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の第２実施形態の平面ステージ装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の第２実施形態の平面ステージ装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の第３実施形態の平面ステージ装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の第３実施形態の平面ステージ装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の第４実施形態の平面ステージ装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の第５実施形態の平面ステージ装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の第５実施形態の平面ステージ装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の第５実施形態の平面ステージ装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の第６実施形態の平面ステージ装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の第６実施形態の平面ステージ装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の好適な実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。

符号の説明

１：固定子、２ａ、２ｂ：可動子、３ａ、３ｂ：補助ステージ装置、４ａ、４ｂ：ガイド部材、５ａ、５ｂ：第１補助テーブル、６ａ、６ｂ：第２補助テーブル、７ａ、７ｂ：レール、８ａ、８ｂ：エンコーダスケール、９ａ、９ｂ：エンコーダヘッド部、１０ａ、１０ｂ：レール、１１ａ、１１ｂ：エンコーダスケール、１２ａ、１２ｂ：エンコーダヘッド部、１３ａ、１３ｂ：第３ライン、１４ａ、１４ｂ：第３中継ブロック、１５ａ、１５ｂ：第２ライン、１６ａ、１６ｂ：第２中継ブロック、１７ａ、１７ｂ：第１ライン、１８ａ、１８ｂ：第１中継ブロック、１９ａ、１９ｂ：伸縮機構、２０ａ、２０ｂ：クロスローラガイドＸ固定部、２１ａ、２１ｂ：クロスローラガイド転動部、２２ａ、２２ｂ：クロスローラガイドＸ可動部、２３ａ、２３ｂ：プーリ、２４ａ、２４ｂ：ベルト、２５ａ、２５ｂ：ギア、２６ａ、２６ｂ：ピ二オン、２８ａ、２８ｂ：伸縮機構、２９ａ、２９ｂ：従動部、３０ａ、３０ｂ：アブソーバ、３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ：アブソーバ、３４ａ、３４ｂ：連結部材、３５ａ、３５ｂ：衝撃緩衝用板バネ、３６ａ、３６ｂ：突起、３７ａ、３７ｂ：平面ミラー、３８ａ、３８ｂ：干渉計、３９、４０、４１、４２：折り曲げミラー、４３ａ、４３ｂ：ガイド部材、４４ａ、４４ｂ、４６ａ、４６ｂ：第１補助テーブル、４５ａ、４５ｂ、４７ａ、４７ｂ：第２補助テーブル

Claims (13)

1. 平面ステージ装置であって、
   平面部を有する固定子と、
   前記平面部上で移動する第１、第２の可動子と、
   前記平面部上で前記第１、第２の可動子に対して非接触状態を維持しながら移動する第１、第２の補助構造体と、
   前記第１、第２の補助構造体をそれぞれ第１方向に沿ってガイドする第１、第２の第１方向ガイドと、
   前記第１、第２の補助構造体をそれぞれ前記第１方向に直交する第２方向に沿ってガイドする第１、第２の第２方向ガイドと、を備え、
   前記第１、第２の補助構造体は、それぞれ前記第１、第２の可動子とほぼ一定の位置関係を維持するように駆動され、
   前記第１の可動子と前記第２の可動子とが前記平面部上で入れ替えられる際に、前記第１、第２の補助構造体は、互いに干渉することなく、それぞれ前記第１、第２の可動子とほぼ一定の位置関係を維持するように駆動される、
   ことを特徴とする平面ステージ装置。
2. 前記第１、第２の補助構造体にそれぞれ固定された第１、第２の中継部を更に備え、前記第１、第２の可動体からそれぞれ引き出されたラインは、前記第１、第２の中継部によって中継される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の平面ステージ装置。
3. 前記第１の第１方向ガイドは、前記固定子の第１の側面に沿って配置され、前記第２の第１方向ガイドは、前記第１の側面の反対側の第２の側面に沿って配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の平面ステージ装置。
4. 前記第１、第２の側面は、前記固定子の長手方向の側面である、
   ことを特徴とする請求項３に記載の平面ステージ装置。
5. 前記第１の補助構造体は、前記第１の可動子の第１の方向側で前記第１の可動子と並走し、前記第２の補助構造体は、前記第２の可動子の前記第１の方向側で前記第２の可動子と並走する、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の平面ステージ装置。
6. 前記第１の補助構造体は、前記第１の可動子の第１の方向側で前記第１の可動子と並走し、前記第２の補助構造体は、前記第２の可動子の第２の方向側で前記第２の可動子と並走し、前記第１の方向と前記第２の方向とは互いに反対方向である、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の平面ステージ装置。
7. 前記第１、第２の第２方向ガイドは、クロスローラガイドを含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の平面ステージ装置。
8. 前記第１、第２の第２方向ガイドは、前記第１、第２の第１方向ガイドによってそれぞれガイドされる第１、第２可動部材にそれぞれ設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の平面ステージ装置。
9. 前記第１、第２の補助可動部材にそれぞれ固定された第１、第２の干渉計を更に備え、
   前記第１、第２の干渉計によってそれぞれ前記第１、第２の可動子の鉛直方向の位置が計測される、
   ことを特徴とする請求項８に記載の平面ステージ装置。
10. 前記第１、第２の可動子と前記第１、第２の補助構造体とが衝突する際の衝撃を低減する機構を更に備える、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の平面ステージ装置。
11. 前記第１、第２の補助構造体の位置をそれぞれ計測するエンコーダを更に備え、前記エンコーダは、アブソリュートタイプである、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の平面ステージ装置。
12. 前記第１、第２の補助構造体が、それぞれリニアモータによって駆動される、
    ことを特徴する請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の平面ステージ装置。
13. 基板にパターンを転写する露光装置であって、
    基板ステージとして、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の平面ステージ装置を備えることを特徴とする露光装置。

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