JPH11251217A

JPH11251217A - 露光装置

Info

Publication number: JPH11251217A
Application number: JP10049098A
Authority: JP
Inventors: Akimitsu Ebihara; 明光蛯原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 1999-09-17
Anticipated expiration: 2018-03-02
Also published as: JP4123558B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハステージ等を駆動する際に生じる駆動
反力を低減し、投影光学系等へ伝達する振動の影響を小
さくして、高精度な露光を行う。【解決手段】レチクルステージ４、レチクルベース９
を支持する構造体６から延びる３本の柔構造のロッド１
９Ａ〜１９Ｃにより投影光学系２を支持する。各ロッド
１９Ａ〜１９Ｃの延長線の交点を投影光学系２の物体平
面と像面との間隔を投影倍率比で内分する投影光学系２
の光軸上の点と一致させるように配置する。また、レチ
クルステージ４を駆動する際には、その移動方向と反対
方向に所定の速度でレチクルベース９が移動するように
制御する。また、ウエハステージ５が載置されるウエハ
ベース７とエレベータ駆動部８との間に粘弾性体を備
え、床からの振動を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体素
子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するた
めのリソグラフィ工程でマスクパターンを感光性の基板
上に転写するために使用される露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、マスクと
してのレチクルのパターンの像を投影光学系を介して基
板としてのレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプ
レート等）上の各ショット領域に転写する投影露光装置
が使用されている。従来は、投影露光装置として、ステ
ップ・アンド・リピート方式（一括露光型）の投影露光
装置（ステッパー）が多用されていたが、最近ではレチ
クルとウエハとを、投影光学系に対して同期走査して露
光を行うステップ・アンド・スキャン方式のような走査
露光型の投影露光装置（走査型露光装置）も注目されて
いる。

【０００３】従来の露光装置では、パターン原版である
レチクルとそのパターンが転写されるウエハとをそれぞ
れ支持搬送するレチクルステージ、及びウエハステージ
の駆動部が、投影光学系を支持する構造体に固定されて
おり、また、投影光学系も重心付近がその構造体に固定
されていた。また、ウエハステージを高精度に位置決め
するために、ウエハステージの位置をレーザ干渉計によ
り計測しており、ウエハステージには、レーザ干渉計用
の移動鏡が取り付けられていた。

【０００４】さらに、ウエハをウエハステージ上のウエ
ハホルダに搬送するために、ウエハをウエハカセットか
ら取り出してウエハホルダ側に搬送するウエハ搬送アー
ムと、ウエハをウエハホルダからウエハカセット側に運
ぶウエハ搬送アームとが独立して備えられており、ウエ
ハの搬入の際には、ウエハ搬送アームにより運ばれてき
たウエハが、ウエハホルダに備えられた専用の昇降自在
の支持部材に一旦仮に固定して支持され、その後搬送ア
ームが退避してから支持部材が下降し、ウエハをウエハ
ホルダ上に載置していた。この後に、ウエハはウエハホ
ルダ上に真空吸着され、露光装置からウエハを搬出する
際は、この逆の動作が行われていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来の露光
装置では、ウエハステージ等の駆動部と投影光学系とが
同一の構造体に固定されていたため、ステージの駆動反
力により生じる振動が構造体に伝達し、更に投影光学系
にも振動が伝達していた。そして、全ての機械構造物は
所定の周波数の振動に対して機械共振するため、このよ
うな振動がその構造体に伝達すると、構造体の変形や共
振現象が引き起こされ、転写パターン像の位置ずれやコ
ントラストの低下が生じるという不都合があった。

【０００６】また、ウエハステージは、ウエハの搬入搬
出用の搬送アームから露光位置までの長距離を移動する
ため、非常に長いレーザ干渉計用の移動鏡を備える必要
があった。そのため、ウエハステージの重量はかなり重
くなり、駆動力の大きい重いモータが必要になるため、
駆動反力も大きくなっていた。また、スループットを向
上させるために、ステージの移動速度又は加速度を増加
させる場合には、駆動反力はさらに大きくなる。そし
て、ステージの質量、加速度が上昇するにつれモータの
発熱量も上昇し、レーザ干渉計の計測安定性等が低下す
るという不都合が生じていた。

【０００７】また、ウエハの露光装置への搬入搬出の際
に、一旦ウエハを専用の支持部材上に仮に固定して支持
していたため、ウエハの搬入搬出に時間を要し、スルー
プットが低下する原因となっていた。更に、一例として
搬送アーム同士でウエハの授受が行われていたため、ウ
エハが異物に汚染される確率が高く、ウエハの受け渡し
の際に動作エラーが発生する確率も高くなっていた。ま
た、搬送アームの数は搬送ユニットの大きさを規定する
要因であるため、搬送経路上で搬送アーム同士でウエハ
の授受を行うものとすると搬送経路が長くなり、露光装
置の設置に必要な床面積（フットプリント）も大きくな
っていた。

【０００８】本発明は斯かる点に鑑み、ウエハステージ
等を駆動する際に生じる振動の投影光学系等への影響を
小さくして、高精度な露光を行うことができる露光装置
を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、
ウエハステージの駆動部の発熱量を抑え、位置計測装置
等の計測安定性を保ち高精度な位置決めを行うことがで
きる露光装置を提供することを第２の目的とする。さら
に、本発明は、ウエハ搬送アーム間でのウエハの授受、
及びウエハを仮の固定をすることなくウエハを露光装置
に搬送することができ、高スループットな露光装置を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の露光装置
は、マスク（１）のパターンの像を投影光学系（２）を
介して基板（３）上に転写する露光装置において、その
投影光学系（２）の物体平面（１５）と像面（１６）と
の間隔を投影倍率比で内分するその投影光学系（２）の
光軸上の点（以下、「基準点（１７）」という。）を中
心として、その投影光学系（２）が所定範囲内で回転す
るようにその投影光学系（２）を支持する投影光学系支
持部（１９Ａ〜１９Ｃ）を設けたものである。

【００１０】斯かる本発明の第１の露光装置によれば、
基準点（１７）を中心として投影光学系（２）が所定範
囲内で回転しても物体平面（１５）と像面（１６）との
位置関係は変化しない。従って、投影光学系支持部（１
９Ａ〜１９Ｃ）で投影光学系（２）を支持することで、
投影光学系（２）にマスク用のステージ（４）や基板用
のステージ（５）からの振動が伝達しても、マスク
（１）と基板（３）との位置関係がずれることがないた
め、基板（３）上に転写されるパターンの位置ずれを防
ぐことができる。

【００１１】また、マスク（１）を移動させるマスクス
テージ（４）と、このマスクステージ（４）と投影光学
系（２）とを支持する構造体（６）と、基板（３）を移
動させる基板ステージ（５）とを有し、投影光学系支持
部（１９Ａ〜１９Ｃ）は、その構造体（６）から延びる
少なくとも３つの柔構造の支持部材（１９Ａ〜１９Ｃ）
を備え、その支持部材（１９Ａ〜１９Ｃ）は、それぞれ
の延長線が基準点（１７）で交わることが望ましい。こ
の場合、投影光学系（２）に振動が伝達しても、投影光
学系（２）が基準点（１７）を中心に微小回転するだけ
であるため、基板（３）上に転写されるパターンの位置
ずれを防ぐことができ、また、投影光学系支持部が柔構
造の支持部材（１９Ａ〜１９Ｃ）であるため、簡単な構
成で微小振動が減衰され、投影像のコントラストの悪化
を防ぐことができる。

【００１２】次に、本発明の第２の露光装置は、マスク
（１）のパターンの像を投影光学系（２）を介して基板
（３）上に転写する露光装置において、そのマスク
（１）を保持して移動させるマスクステージ（４）と、
このマスクステージ（４）を移動させるマスクベース
（９）と、このマスクベース（９）とその投影光学系
（２）とを支持する構造体（６）と、そのマスクステー
ジ（４）及びそのマスクベース（９）の動作を制御する
制御系（５２）とを有し、そのマスクベース（９）を制
御することによって、そのマスクステージ（４）の駆動
反力のその構造体（６）に対する影響を低減するもので
ある。

【００１３】斯かる本発明の第２の露光装置によれば、
マスクステージ（４）の移動方向と反対方向に所定の速
度でマスクベース（９）が移動するように制御すること
により、マスクステージ（４）を駆動する際の駆動反力
の構造体（６）への影響が低減され、機械共振の励起を
抑え、構造体（６）、及び投影光学系（２）に伝達する
振動を低減することができる。

【００１４】次に、本発明の第３の露光装置は、マスク
（１）のパターンの像を投影光学系（２）を介して基板
（３）上に転写する露光装置において、その基板（３）
を保持して移動させる基板テーブル（２０）と、この基
板テーブル（２０）を保持して所定範囲内で往復運動さ
せる基板ステージ（５）とを有し、この基板ステージ
（５）は、その基板テーブル（２０）が往復運動をする
案内軸（２２Ｂ）の両端部に弾性部材（２７Ａ，２７
Ｂ）を備えるものである。

【００１５】斯かる本発明の第３の露光装置によれば、
案内軸（２２Ｂ）の両端に弾性部材（２７Ａ，２７Ｂ）
を備えることにより、基板テーブル（２０）が案内軸
（２２Ｂ）に沿って上で等速往復運動を行う際には、基
板テーブル（２０）の運動エネルギーがポテンシャルエ
ネルギーに変換され弾性部材（２７Ａ，２７Ｂ）に貯え
られるため、基板テーブル（２０）を等速往復運動させ
る際に消費されるエネルギーは、主に基板テーブル（２
０）の空気（気体）に対する粘性抵抗と弾性部材が変形
するときの発熱とに消費されるエネルギーだけとなり、
基板テーブル（２０）を等速移動させる際の駆動部（２
３Ａ，２４Ａ）の発熱量を抑えることができる。

【００１６】また、その弾性部材（２７Ａ，２７Ｂ）
は、その案内軸（２２Ｂ）の両端部に設けられた第１の
磁気部材（２９）と、対応して配置された第２の磁気部
材（３０）とを有することが望ましい。この場合、第１
の磁気部材（２９）と第２の磁気部材（３０）との間に
吸引力を発生させるようにしておけば、案内軸（２２
Ｂ）の端部において基板テーブル（２０）を静止位置決
めする際に弾性部材（２７Ａ，２７Ｂ）の抗力に対向す
るために要する基板テーブル（２０）の駆動部（２３
Ａ，２４Ａ）の推力を低減することができ、基板テーブ
ル（２０）を静止位置決めする際の駆動部（２３Ａ，２
４Ａ）の発熱量を抑えることができる。

【００１７】次に、本発明の第４の露光装置は、マスク
（１）のパターンの像を投影光学系（２）を介して基板
（３）上に転写する露光装置において、そのマスク
（１）を保持して移動させるマスクステージ（４）と、
その基板（３）を保持して移動させる基板テーブル（２
０）と、この基板テーブル（２０）を保持して移動させ
る基板ステージ（５）と、この基板ステージ（５）を支
持する構造体（７）とを有し、その基板テーブル（２
０）は、その構造体（７）上でこの基板テーブル（２
０）を支持する少なくとも３つの支持脚（３１Ａ〜３１
Ｃ）を有し、この支持脚（３１Ａ〜３１Ｃ）は、支持方
向に対して伸縮自在であり、この支持脚（３１Ａ〜３１
Ｃ）とその構造体（７）との間に流体軸受け機構（３２
Ａ〜３２Ｃ）を有するものである。

【００１８】斯かる本発明の第４の露光装置によれば、
支持方向に対して所定範囲内で伸縮自在の支持脚（３１
Ａ〜３１Ｃ）の伸縮量を制御することにより、基板テー
ブル（２０）の傾斜角、又は高さ方向の位置を制御する
ことができ、簡単な構成で基板（３）の表面を投影光学
系（２）の像面に合わせ込んで露光を行うことができ
る。

【００１９】また、露光時にそのマスク（１）及びその
基板（３）は同期して移動されると共に、その構造体
（７）の基板ステージ（５）の走り面の走査方向の傾斜
角、非走査方向の傾斜角、及び高さを検出し、この検出
結果に基づいて、その伸縮自在の支持脚（３１Ａ〜３１
Ｃ）を制御することが望ましい。これによってステップ
・アンド・スキャン方式のように走査露光を行う際に、
基板（３）の表面を像面に合わせ込みながら高精度に露
光を行うことができる。

【００２０】また、その基板ステージ（５）のその投影
光学系（２）の光軸周りの回転角、及び位置ずれ量を検
出し、この検出結果に基づいて、そのマスクステージ
（４）、又はその基板ステージ（５）の位置を制御する
ことが望ましい。これによって、マスク（１）と基板
（３）との重ね合わせを高精度に行うことができる。次
に、本発明の第５の露光装置は、マスク（１）のパター
ンの像を投影光学系（２）を介して基板（３）上に転写
する露光装置において、その基板（３）を保持して移動
させる基板テーブル（２０）と、この基板テーブル（２
０）を保持して移動させる基板ステージ（５）と、この
基板ステージ（５）を支持する構造体（７）と、この構
造体（７）を支持して高さ方向に駆動する支持部（８）
とを有し、この支持部（８）とその構造体（７）との間
に粘弾性体を有するものである。

【００２１】斯かる本発明の第５の露光装置によれば、
構造体（７）とこの構造体（７）を支持して高さ方向に
駆動する支持部（８）との間に粘弾性体を有することに
より、露光装置が設置されている床からの振動を低減す
ることができる。また、本発明の第６の露光装置は、マ
スク（１）のパターンの像を投影光学系（２）を介して
基板（３）上に転写する露光装置において、その基板
（３）を保持して移動させる基板テーブル（２０）と、
この基板テーブル（２０）を保持して移動させる基板ス
テージ（５）と、この基板ステージ（５）を支持する構
造体（７）と、その基板（３）のその基板テーブル（２
０）との間での受け渡しを行う基板搬送アーム（４０
Ａ，４０Ｂ）を備えた基板搬送機構（４０Ａ，４０Ｂ，
４７，４８，６７Ａ〜６９Ａ，６７Ｂ，６９Ｂ）とを有
し、その基板テーブル（２０）は、その基板（３）をこ
の基板テーブル（２０）に載置した際、その基板搬送ア
ーム（４０Ａ，４０Ｂ）を、この基板テーブル（２０）
に接触させることなく移動させるための溝（３８）を有
するものである。

【００２２】斯かる本発明の第６の露光装置によれば、
基板テーブル（２０）に溝（３８）が設けられており、
基板搬送アーム（４０Ａ，４０Ｂ）を基板テーブル（２
０）に接触させることなく基板（３）を基板テーブル
（２０）上に載置し、基板（３）を基板テーブル（２
０）上で一旦仮に固定して支持することなく露光装置に
搬入又は搬出でき、スループットが向上するという利点
がある。また、基板ステージ（５）を基板搬出アーム
（４０Ａ）又は基板搬入アーム（４０Ｂ）の下部まで移
動し、基板（３）を基板搬送アーム（４０Ａ，４０Ｂ）
間で受け渡すことなく基板を露光装置に搬送でき、異物
が付着する確率や搬送中に動作エラーが生じる確率が減
少するという利点がある。

【００２３】また、その基板搬送機構は、少なくとも２
つの基板搬送アーム（４０Ａ，４０Ｂ）と、基板収納ケ
ース支持部（４７）とを備え、その基板搬送アーム（４
０Ａ，４０Ｂ）は、その投影光学系（２）の光軸周りの
回転方向、水平方向、及び鉛直方向の３方向に移動自在
であり、その基板収納ケース支持部（４７）を介して基
板収納ケースを上下方向（鉛直方向）に移動すること
で、所望の基板を取り出すことができることが望まし
い。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本例はステップ・アン
ド・スキャン方式の投影露光装置に本発明を適用したも
のである。図１は、本例の投影露光装置を示し、この図
１において、露光時には照明光学系（不図示）からの水
銀ランプのｉ線、又はＫｒＦ、ＡｒＦ、Ｆ₂ 等のエキシ
マレーザ光等の露光光が、レチクル１のパターン面の照
明領域を照明する。そして、レチクル１の照明領域内の
パターン像が投影光学系２を介して所定の投影倍率β
（βは通常１／４，１／５等）で、フォトレジストが塗
布されたウエハ３上に投影露光される。以下、振動がな
い状態での投影光学系２の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取
り、その光軸ＡＸに垂直な平面内での直交座標系をＸ
軸、Ｙ軸として説明する。

【００２５】先ず、レチクル１はレチクルステージ４上
に保持され、レチクルステージ４は、レチクルベース９
上でリニアモータ方式でＸ方向（走査方向）に連続移動
すると共に、ＸＹ平面内でのレチクル１の位置の微調整
を行う。レチクルステージ４上の移動鏡４３Ｘ，４３
Ｙ、及びレーザ干渉計１８Ｘ，１８Ｙによりレチクルス
テージ４（レチクル１）の２次元的な位置が計測され、
この計測値が装置全体の動作を統轄制御するコンピュー
タよりなる主制御系５０に供給され、主制御系５０は、
その計測値に基づいてレチクルステージ制御系５２を介
してレチクルステージ４の位置、及び移動速度を制御す
る。

【００２６】一方、ウエハ３は、ウエハステージ５上に
真空吸着によって保持され、ウエハステージ５はＺ方向
に所定範囲内で伸縮自在の３個の支持脚３１Ａ〜３１Ｃ
を介してウエハベース７上に載置されている。支持脚３
１Ａ〜３１Ｃの伸縮量は支持脚制御系６３（図１６参
照）によって制御され、支持脚３１Ａ〜３１Ｃの伸縮量
を同じにすることによって、ウエハ３のＺ方向の位置
（フォーカス位置）の制御が行われ、支持脚３１Ａ〜３
１Ｃの伸縮量を独立に制御することによってウエハ３表
面の傾斜角の制御（レベリング）が行われる。

【００２７】また、ウエハステージ５は、ウエハベース
７上を例えばリニアモータ方式でＸ方向、及びＹ方向に
連続移動することができる。また、その連続移動によっ
てステッピングも行うことができる。また、ウエハ３
（ウエハステージ５）の座標計測を行うために、ウエハ
ステージ５の側面にはＸ軸にほぼ垂直な反射面を有する
Ｘ軸の移動鏡４４Ｘ（図３参照）、及びＹ軸にほぼ垂直
な反射面を有するＹ軸の移動鏡４４Ｙ（図３参照）が固
定されている。これらの移動鏡に対応して、投影光学系
２の側面にＸ軸の参照鏡１４、及びＹ軸の参照鏡１３が
固定されている。

【００２８】そして、走査露光時には、レチクルステー
ジ４をＸ軸方向に等速移動させ、それと同期してレチク
ルステージ４の移動速度を投影倍率β倍で縮小した速度
でウエハ３が載置されたウエハステージ５を逆方向に移
動し走査露光を行う。走査露光終了後、ウエハステージ
５は走査方向、又は走査方向と直交するＹ軸方向にステ
ップ移動し、先程とは逆方向にレチクルステージ４とウ
エハステージ５とを同期して移動させ走査露光を行う。
以下、同様の操作でウエハ３上の全部のショット領域に
レチクル１のパターン像が転写される。

【００２９】次に、本例の露光装置のレチクルステー
ジ、及びレチクルベースについて説明する。レチクルス
テージ４は、特開平８−６３２３１号公報に開示されて
いるようなガイドレスステージであり、Ｘ軸方向、Ｙ軸
方向、及び投影光学系２の光軸ＡＸ回りの回転方向に駆
動自在である。また、レチクルステージ４の側面に固定
されたコイルと、対向してレチクルベース９上に固定さ
れた１対のモータマグネット１１Ａ，１１Ｂとからレチ
クルステージ４を駆動する１対のリニアモータが構成さ
れ、レチクルベース９は構造体６の上面１０に対して空
気軸受けのような流体軸受け（不図示）を介して支持さ
れている。モータマグネット１１Ａ，１１Ｂの端部から
構造体６上に設置されたコイルユニット１２Ａ，１２Ｂ
の端部が挿入され、モータマグネット１１Ａ，１１Ｂと
コイルユニット１２Ａ，１２Ｂとから構成される１対の
リニアモータによって、構造体６に対して、レチクルベ
ース９をＸ軸方向に位置決めする。そして、構造体６は
４本の脚部６ａを介して防振パッド４９により床上に支
持されており、床からの振動を低減する。

【００３０】レチクルベース９は、走査露光時にレチク
ルステージ４が移動する際にモータマグネット１１Ａ，
１１Ｂにより加えられる駆動反力を受けると、コイルユ
ニット１２Ａ，１２Ｂを有するリニアモータによってレ
チクルステージ４の移動方向と反対方向に運動量を保存
するように移動する。例えば、レチクルステージ４、及
びレチクルベース９の質量がそれぞれ２０ｋｇ、１００
０ｋｇで、レチクルベース９がレチクルステージ４の５
０倍の質量であるときに、レチクルステージ４が走査時
に約３００ｍｍ移動した場合には、レチクルベース９を
約６ｍｍレチクルステージ４の移動方向の逆方向に移動
する。運動量を保存するようにレチクルステージ４とレ
チクルベース９とを移動することにより、レチクルステ
ージ４の駆動反力の構造体６への伝達を防ぎ、レチクル
ステージ４の位置決め時の外乱となる振動の発生を防ぐ
ことができる。なお、レチクルベース９の変位量は常に
リニアエンコーダ（不図示）により計測されており、こ
の計測値に基づいてレチクルステージ９の駆動時の電流
信号が生成されている。

【００３１】また、本例の投影露光装置では、レチクル
ベース９よりも上部の系の重心移動がないため、レチク
ルベース９を支持する構造体６に変動荷重がかかること
がなく、レチクルステージ４と投影光学系２との相対位
置の計測に使用される参照鏡１３，１４の位置が変動す
ることはない。なお、レチクルベース９が所定量以上に
変位すると他の部材と機械的に干渉する場合には、レチ
クルベース９と構造体６との間に設けられた電磁駆動部
であるコイルユニット１２Ａ，１２Ｂを制御し構造体６
に伝達する振動を低減しつつ、常にレチクルベース９を
ほぼ一定の位置に保つようにすればよい。これによっ
て、レチクルベース９が他の部材と干渉することを防ぐ
ことができる。

【００３２】次に、本例の露光装置の投影光学系の支持
方法について説明する。図２は、本例の露光装置の投影
光学系２を示し、この図２において、光軸ＡＸ上で物体
平面１５と像面１６を縮小投影倍率比β（＝ａ／ｂとす
る）で内分する点を投影光学系２の基準点１７とする。
この基準点１７を中心として光軸ＡＸと直交する平面内
の任意の軸に対して投影光学系２が微小回転しても、物
体平面１５と像面１６の位置関係は変化しない。この基
準点１７を通り光軸ＡＸに垂直な平面上に、参照鏡１
３，１４の中心が設定され、これらの中心にレーザビー
ムが照射されている。従って、投影光学系２が外乱振動
により揺動した場合であっても、基準点１７を含み、か
つ投影光学系２の光軸ＡＸと直交する平面と投影光学系
２を包む鏡筒の外面との交点（参照鏡１３，１４）と、
レチクルステージ４、及びウエハステージ５との相対変
位を常にレーザ干渉計１８Ｘ，１８Ｙで計測し、その計
測値と目標値とが一致するようにレチクルステージ４、
及びウエハステージ５を制御することにより、ウエハ３
上に形成されるパターンの位置ずれを防ぐことができ
る。

【００３３】また、投影光学系２の下部は脚部６ａの間
に架設された支持板６ｂの開口にギャップをあけて通さ
れると共に、投影光学系２の支持部は、構造体６から延
びる３本の柔構造のロッド１９Ａ〜１９Ｃから成り、そ
れぞれのロッド１９Ａ〜１９Ｃの延長線は１点で交わ
り、その交点が基準点１７と一致するような構造になっ
ている。従って、投影光学系２が外乱振動を受けて揺動
した場合でも、投影光学系２は基準点１７を中心に微小
回転するため、参照鏡１３，１４のＸ方向、Ｙ方向の位
置はほとんど変位しない。また、ロッド１９Ａ〜１９Ｃ
は柔構造であるため、高周波の振動が減衰され、パター
ン転写時のコントラストの悪化がほとんど生じない。

【００３４】次に、本例の露光装置のウエハステージに
ついて説明する。図１に示すように、ウエハステージ５
は、ウエハベース７上で位置決めされ、ウエハベース７
は、垂直方向に数百μｍの変位が可能なエレベータ駆動
部８により支持されている。また、ウエハベース７とエ
レベータ駆動部８との間に粘弾性体（不図示）が備えら
れており、床からの振動を低減することができるように
なっている。また、ウエハベース７には５つの速度セン
サ（図１６にその内の２つ３６Ａ，３６Ｂを示す）が備
えられ、ウエハステージ５の動きが計測されている。な
お速度センサの代わりに加速度センサを使用してもよ
い。

【００３５】図３（ａ）〜（ｄ）は、本例の露光装置の
ウエハステージ５を拡大して示し、図３（ａ）はウエハ
テーブル２０の平面図、図３Ｂは図３（ａ）のＢＢ線に
沿う断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）の正面図（但し、
キャリア２１は不図示）、図３（ｄ）は図３（ａ）のＤ
Ｄ線に沿う断面図である。先ず図３（ｄ）において、ウ
エハステージ５はウエハ３を載置するウエハテーブル２
０とその駆動案内部を搬送するキャリア２１とを有して
いる。キャリア２１は、ウエハベース７上で移動自在で
あり、パルスモータ方式の平面モータ（例えばソイヤモ
ータ）によりＸ方向、Ｙ方向に駆動される。本例では、
キャリア２１の駆動の際にオープンループ方式で、目標
位置までの距離に応じたパルスにパルスモータ（不図
示）を使用しており、目標位置までのパルスがモータコ
ントローラに対して出力されるため、キャリア２１の位
置計測装置を新たに備える必要はない。なお、平面モー
タとしては、超音波モータを使用することもできる。

【００３６】一方、ウエハテーブル２０の上面には、図
３（ａ）に示すように、ウエハ３を真空吸着するための
複数の平行な浅溝３９が設けられ、浅溝３９の多数の孔
が不図示の真空ポンプに連通している。また、中央の４
本の浅溝３９の隙間には後述のウエハ搬送アームを出し
入れするための深溝３８が、浅溝３９と干渉することな
く設けられており、ウエハ３がウエハテーブル２０上に
固定された際に、ウエハ３の搬送に使用するウエハ搬送
アームを、ウエハテーブル２０に接触させることなく出
し入れすることができるようになっている。

【００３７】また、図３（ｂ）に示すように、キャリア
２１上に支持部材２２Ｃを介して走査方向（Ｘ方向）に
案内軸２２Ｂが架設され、ウエハテーブル２０の底面に
案内軸をまたぐように案内部材２２Ａが固定されてい
る。ウエハテーブル２０は、ウエハテーブル２０をキャ
リア２１上でＸ方向に案内する案内部材２２Ａ及び案内
軸２２Ｂよりなる非接触式の案内軸（例えば流体軸受
け、又は磁気軸受け）により拘束されている。また、図
３（ｄ）において、キャリア２１に固定されたコイル部
２３Ａ，２３Ｂと、ウエハテーブル２０の底面に固定さ
れたマグネット部２４Ａ，２４Ｂとから１対のリニアモ
ータ２３Ａ，２４Ａ、及び２３Ｂ，２４Ｂが構成され、
非接触式の電磁駆動部としてのリニアモータ２３Ａ，２
４Ａ、及び２３Ｂ，２４Ｂによりウエハテーブル２０が
Ｙ方向、及び回転方向に駆動され、非接触式の位置計測
器としてのリニアエンコーダ（不図示）により、キャリ
ア２１に対するウエハテーブル２０の変位が計測されて
いる。また、案内軸２２Ｂは、回転部材２２Ｄにより、
案内軸回りに回転できる構造になっている。また、リニ
アモータ２３Ａ，２４Ａ、及び２３Ｂ，２４Ｂが同じ方
向に駆動力を発生した場合、ウエハテーブル２０は案内
軸方向（Ｘ方向）に移動し、逆に、リニアモータ２３
Ａ，２４Ａ、及び２３Ｂ，２４Ｂが互いに異なる方向に
駆動力を発生した場合には、ウエハテーブル２０はその
重心を中心に回転する。

【００３８】また、リニアモータ２３Ａ，２４Ａ、及び
２３Ｂ，２４Ｂの推力の中心と、案内部材２２Ａの中心
とをウエハテーブル２０の重心を含みウエハベース７の
上面と平行な平面上に位置するように配置しており、ウ
エハテーブル２０の加速時に不要なウエハテーブルの傾
斜が生じることがないようにしている。また、案内軸２
２Ｂとリニアモータ２３Ａ，２４Ａ、及び２３Ｂ，２４
Ｂとの大きさは走査露光時のウエハの移動に要する長さ
があれば充分であるため、キャリア２１をウエハテーブ
ル２０の下側に収まるように小型に構成し、ウエハを高
速、かつ高精度に移動できるようにしている。

【００３９】また、ウエハ３を授受する際に要する位置
決め精度は数μｍ程度であるため、ウエハ３を授受する
領域では、レーザ干渉計による計測は特に必要がなく、
パルスモータの分解能、又はキャリア２１の位置計測器
の分解能で十分である。従って、レーザ干渉計１８Ｘ，
１８Ｙ用の図３のウエハテーブル２０に備える移動鏡４
４Ｘ，４４Ｙは必ずしもウエハテーブル２０の全移動領
域をカバーする必要がなく、ｎｍ単位の精密位置決めを
する必要がある領域の長さ、即ち、ウエハ３の直径の長
さだけあればよい。

【００４０】本例のウエハテーブル２０の側面にはレー
ザ干渉計１８用の移動鏡４４Ｘ，４４Ｙが設けられてお
り、ウエハテーブル２０の位置、及びＺ軸回りの回転角
が計測される。ウエハテーブル２０の側面をレーザ干渉
計１８Ｘ，１８Ｙ用の移動鏡４４Ｘ，４４Ｙとして使用
するため、ウエハテーブル２０は、ほぼウエハ３を外接
する程度の大きさであり、従来のウエハテーブルに比べ
非常に小型で軽量なものとなっている。なお、ウエハテ
ーブル２０をシリコンカーバイドを用い、３ｍｍ程度の
厚さで底面にリブ構造を設けたような構造にした場合、
ウエハテーブル２０は５ｋｇ程度の重量になる。

【００４１】図４は、ウエハテーブル２０とキャリア２
１とを制御する制御系の構成を表すブロック図であり、
この図４において、主制御系５０はウエハステージ制御
系２５内の減算部５４及び５７にそれぞれウエハテーブ
ル２０及びキャリア２１の目標位置を供給する。そし
て、キャリア２１に対するウエハテーブル２０の相対的
な変位量が、仮想的な減算部５６及び変位センサ（リニ
アエンコーダ）６０により検出され、テーブル制御系５
５は減算部５４、又は変位センサ６０の出力に基づいて
ウエハテーブル２０を駆動し、キャリア制御系５８は減
算部５７の出力に基づいてキャリア２１を駆動する。減
算部５４は目標値からレーザ干渉計１８Ｘ，１８Ｙの計
測値を差し引いた値を出力し、減算部５７は目標値から
キャリア２１用の仮想的なリニアエンコーダ５９の計測
値を差し引いた値を出力する。

【００４２】モードスイッチ２６がオフの状態でレーザ
干渉計１８Ｘ，１８Ｙ（図１参照）が使用されないと
き、即ち、粗位置決め時には、ウエハステージ制御系２
５はリニアエンコーダとしての変位センサ６０からの信
号に基づき、ウエハテーブル２０を常にキャリア２１に
対する移動範囲の中点に位置させるように図３のリニア
モータ２３Ａ，２４Ａ、及び２３Ｂ，２４Ｂを制御す
る。そして、キャリア制御系５８は、キャリア２１の駆
動部がエンコーダ５９を持つ場合はそれを参照しながら
目標位置までキャリア２１を移動させ、また、本例のパ
ルスモータのようにエンコーダを特に有しない場合には
目標位置までのパルスをモータコントローラに対して出
力し、キャリア２１を制御する。従って、エンコーダの
有無に関わらずウエハテーブル２０がキャリア２１に追
従しながら移動するように制御される。

【００４３】また、図４のモードスイッチ２６がオンの
状態でありウエハテーブル２０がレーザ干渉計１８Ｘ，
１８Ｙの計測値に基づいて移動するとき、即ち、精密位
置決め時には、テーブル制御系５５はレーザ干渉計１８
Ｘ，１８Ｙの計測値を参照した減算部５４の出力に基づ
いて、ウエハテーブル２０に対してリニアモータ２３
Ａ，２４Ａ、及び２３Ｂ，２４Ｂに推力を発生させウエ
ハテーブル２０を移動させる。なお、キャリア２１は粗
位置決め時と同様に制御される。

【００４４】また、ウエハテーブル２０がレーザ干渉計
１８Ｘ，１８Ｙを使用しながら等速移動するとき、即
ち、走査露光時には、テーブル制御系５５はレーザ干渉
計１８Ｘ，１８Ｙの計測値を減算した減算部５４の出力
を参照しながら、リニアモータ２３Ａ，２４Ａ、及び２
３Ｂ，２４Ｂに推力を発生させウエハテーブル２０を移
動させる。このとき、キャリア２１は静止状態を保ち、
ウエハテーブル２０のみが等速移動する。従って、走査
露光時にウエハベース７に対して駆動反力を発生するの
は軽量なウエハテーブル２０のみとなるため、発生する
外乱力は極めて小さくなり、高速、且つ高精度に走査露
光することができる。

【００４５】次に、本例の露光装置のウエハテーブル２
０の案内部材２２Ａ、及び案内軸２２Ｂについて説明す
る。図５は、図３の案内部材２２Ａ及び案内軸２２Ｂを
拡大して示し、この図５において、案内軸２２Ｂの両端
部には弾性体としてのばね２７Ａ，２７Ｂが備えられて
いる。ウエハテーブル２０がキャリア２１に対して往復
運動を行う際には、先ず図５（ａ）に示すように、ウエ
ハテーブル２０の持つ運動エネルギーが案内部材２２Ａ
を介してポテンシャルエネルギーに変換され、ばね２７
Ａに貯えられる。次に、図５（ｂ）のように、ばね２７
Ａに貯えられたポテンシャルエネルギーは再びウエハテ
ーブル２０の運動エネルギーに変換され、図１のウエハ
ステージ制御系２５はその運動エネルギーを利用してウ
エハテーブル２０を−Ｖの速度で等速移動するように制
御する。そして、図５（ｃ）のように、支持部材２２Ａ
がバネ２７Ｂに当たると、バネ２７Ｂには＋Ｆの反発力
が発生し再びウエハテーブル２０の運動エネルギーはポ
テンシャルエネルギーに変換され、ばね２７Ｂに貯えら
れる。従って、ウエハテーブル２０の往復運動を行う際
に消費される力学的エネルギーは主にウエハテーブル２
０の空気に対する粘性抵抗と弾性体が変形するときの発
熱とだけになり、リニアモータ２３Ａ，２４Ａ及び２３
Ｂ，２４Ｂの発熱量は極めて小さなものとなる。

【００４６】図６（ａ）は、弾性体を備えていない案内
軸と仮定した案内軸２２Ｂ上でウエハテーブル２０の移
動速度を一定速度（０．５ｍ／ｓ）まで推移させて移動
させた場合のウエハテーブル２０の速度曲線を示し、こ
の図６（ａ）において、横軸は時間ｔ（ｓ）、縦軸はウ
エハテーブル２０の移動速度Ｖ（ｍ／Ｓ）を表す。ま
た、図６（ｂ）は、そのときのリニアモータ２３Ａ，２
４Ａ及び２３Ｂ，２４Ｂ、の推力を示し、この図６
（ｂ）において、横軸は時間ｔ（ｓ）、縦軸はリニアモ
ータの推力Ｆ（Ｎ）である。なお、使用したウエハテー
ブル２０の重量は５ｋｇである。図７（ａ）は、図６
（ａ）に対応させて所定のばねを備えた案内軸上で共振
のない理想的なウエハテーブル２０を一定速度まで加速
した場合を仮定して計算したウエハテーブル２０の速度
曲線を示し、図７（ｂ）は、図７（ａ）の速度曲線を速
度司令値として共振を行うウエハテーブル２０を制御し
た場合を仮定して計算したリニアモータ２３Ａ，２４
Ａ、及び２３Ｂ，２４Ｂの推力Ｆ（Ｎ）を示す。図６と
図７とを比較した場合、リニアモータ２３Ａ，２４Ａ及
び２３Ｂ，２４Ｂの発熱量の比は１：０．９４でほぼ同
じである。

【００４７】図８（ａ）は、図７（ａ）の速度曲線を速
度司令値として図５のばね２７Ａ，２７Ｂを備えた案内
軸２２Ｂを使用してウエハテーブル２０を一定速度まで
加速した場合の速度曲線を示し、図８（ｂ）は、そのと
きのウエハテーブル２０の推力及びリニアモータ２３
Ａ，２４Ａ及び２３Ｂ，２４Ｂが発生した推力を示し、
この図８（ｂ）において、横軸は時間ｔ（ｓ）、縦軸は
推力Ｆ（Ｎ）を表し、実線の曲線Ａはウエハテーブル２
０に加えられた推力、一点鎖線の曲線Ｂはそのうちのリ
ニアモータ２３Ａ，２３Ｂの推力を示す。なお、ばね２
７Ａ，２７Ｂのばね定数は１０００Ｎ／ｍで、理想的な
ばね定数（２５００Ｎ／ｍ）の４０％である。ばね２７
Ａ、２７Ｂを使用することにより、リニアモータ２３
Ａ，２４Ａ及び２３Ｂ，２４Ｂの発熱量を弾性体を使用
しない場合の発熱量の約３５％まで低減することができ
る。

【００４８】図９（ａ）は、ばね定数が最適値である２
５００Ｎ／ｍのばね２７Ａ，２７Ｂを備えた案内軸２２
Ｂを使用してウエハテーブル２０を一定速度まで加速し
た場合の速度曲線を示し、図９（ｂ）は、そのときのウ
エハテーブル２０の推力Ｆを示す。リニアモータ２３
Ａ，２４Ａ及び２３Ｂ，２４Ｂの発熱量は、弾性体を使
用しない場合の１％以下まで低減される。このように、
案内軸２２Ｂの両端部にばね２７Ａ，２７Ｂを備えるこ
とにより、ウエハテーブル２０を等速移動させるときの
リニアモータ２３Ａ，２４Ａ及び２３Ｂ，２４Ｂの発熱
量を低減することができる。

【００４９】しかし、案内軸２２Ｂの端部においてウエ
ハテーブル２０を静止位置決めする際には、リニアモー
タ２３Ａ，２４Ａ，２３Ｂ，２４Ｂは、ばね２７Ａ，２
７Ｂの抗力とつり合うだけの推力を発生させる必要があ
り、リニアモータ２３Ａ，２４Ａ及び２３Ｂ，２４Ｂの
発熱量が逆に増加してしまう場合がある。図１０は、ば
ね２７Ａ，２７Ｂを備えた案内軸２２Ｂの端部における
ばね２７Ａ，２７Ｂの抗力を示し、この図１０におい
て、横軸は案内軸２２Ｂの端部からの距離Ｄ（ｍ）、縦
軸はばね２７Ａ，２７Ｂの抗力Ｆ_P （Ｎ）を表す。ウエ
ハテーブル２０を案内軸２２Ｂの端部に静止位置決めす
るためには、リニアモータ２３Ａ，２４Ａ及び２３Ｂ，
２４Ｂがばね２７Ａ，２７Ｂの抗力とつり合うだけの大
きな推力（５０Ｎ）を発生する必要があり、発熱量が増
加してしまう。そこで、このような場合には、案内軸２
２Ｂの端部に磁気部材を取り付け、その吸引力を利用し
てウエハテーブル２０を静止位置決めする際に生じる発
熱量を低減することが望ましい。

【００５０】図１１は、図５に対応させて磁気部材を取
り付けた案内部材２２Ａ及び案内軸２２Ｂを示し、この
図１１において、案内部材２２Ａの両端に鉄板２９が、
案内軸２２Ｂの両端部に磁石３０が取り付けられてい
る。図１１（ａ）又は図１１（ｃ）に示すように、案内
軸２２Ｂの端部において案内部材２２Ａを介してウエハ
テーブル２０を静止位置決めする際には、鉄板２９と磁
石３０との吸引力を利用し、ばね２７Ａ，２７Ｂの抗力
に対向するために要するリニアモータ２３Ａ，２４Ａ及
び２３Ｂ，２４Ｂの推力を低減し発熱量を抑えることが
できる。また、ウエハテーブル２０を等速移動させる際
には、図１１（ｂ）に示すように、ばね２７Ａ，２７Ｂ
の抗力を利用してリニアモータ２３Ａ，２４Ａ及び２３
Ｂ，２４Ｂの発熱量を低減する。この場合、それらのリ
ニアモータの発熱量は案内軸２２にばねなどを使用しな
い場合の約６分の１に低減される。なお、それらのリニ
アモータの推力に制限がない場合、案内軸２２Ｂの両端
部におけるポテンシャルエネルギーを零に設定すること
もできる。なお、鉄板２９と磁石３０との設置関係は逆
にしてもよく、案内軸２２Ｂの端部に設けるものは、ば
ね２７Ａ，２７Ｂ等の弾性部材の抗力に対向しうる吸引
力を発生するものであればよい。

【００５１】図１２（ａ）は、ばねと鉄板と磁石とを備
えた案内軸２２Ｂ上で共振のない理想的なウエハテーブ
ル２０を一定速度まで加速した場合を仮定して計算した
速度曲線を示し、この図１２（ａ）において、横軸は時
間ｔ（ｓ）、縦軸はウエハテーブル２０の移動速度Ｖ
（ｍ／ｓ）を表す。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の速
度曲線を速度司令値として共振を行うウエハテーブル２
０を制御した場合を仮定し計算したリニアモータ２３
Ａ，２４Ａ及び２３Ｂ，２４Ｂの推力を示し、この図１
２（ｂ）において、横軸は時間ｔ（ｓ）、縦軸はリニア
モータの推力Ｆ（Ｎ）を表す。図１３（ａ）は、図１２
（ａ）の速度曲線を速度司令値として鉄板２９と磁石３
０とを備えた案内軸２２上でウエハテーブル２０を一定
速度まで加速したときの速度曲線を示し、図１３（ｂ）
は、そのときのウエハテーブル２０に加えられた推力Ｆ
（実線の曲線Ａ）、及びリニアモータ２３Ａ，２４Ａ及
び２３Ｂ，２４Ｂの推力Ｆ（一点鎖線の曲線Ｂ）を示
す。ばね２７Ａ，２７Ｂのばね定数は２０００Ｎ／ｍで
あり、最適なばね定数である。この場合のリニアモータ
２３Ａ，２４Ａ及び２３Ｂ，２４Ｂの発熱量は、ばねと
磁石と鉄板とを使用しない場合の場合の１％以下にな
る。また、磁石等を備えていない場合に比べて、移動開
始時に要する推力が小さく、ウエハテーブル２０が徐々
に加速していくため、ウエハテーブル２０の機械共振を
和らげられるという利点もある。

【００５２】図１４は、図１０に対応させて鉄板２９と
磁石３０とを取り付けた案内軸２２Ｂの端部における鉄
板２９と磁石３０との吸引力とばね２７Ａ，２７Ｂの抗
力との合力Ｆ_P （Ｎ）を示し、この図１４において、横
軸は案内軸２２Ｂの端部からの距離Ｄ（ｍ）である。案
内軸２２Ｂの端部に磁石３０を、案内部材２２Ａに鉄板
２９を取り付けることにより、案内軸２２Ｂの端部にお
いてウエハテーブル２０を静止位置決めするために要す
るリニアモータ２３Ａ，２４Ａ及び２３Ｂ，２４Ｂの推
力が低減され発熱量が抑えられる。

【００５３】次に、本例の露光装置のウエハテーブル２
０をウエハベース７に対して支持する支持脚３１Ａ〜３
１Ｃの構造について説明する。図１５（ａ）は、ウエハ
テーブル２０の支持脚３１Ａ等を示す拡大図、図１５
（ｂ）はその側面図であり、この図１５において、支持
脚３１Ａにはすり割り部３１Ａａ及び３１Ａｂの底部が
変位部３４となっている。また変位部３４の底部に球面
軸受け３５を介して流体軸受け３２Ａが回転できるよう
に取り付けられている。流体軸受け３２Ａが回転できる
ように取り付けられている。同様に、図３に示すよう
に、他の支持脚３１Ｂ，３１Ｃにも流体軸受け３２Ｂ，
３２Ｃが取り付けられている。流体軸受け３２Ａは図３
のウエハベース７の上に静圧気体軸受け方式で載置され
ている。また、図３（ｃ）の支持脚３１Ｂで示すよう
に、支持脚３１Ａ〜３１Ｃにピエゾアクチュエータ３３
が取り付けられ、ピエゾアクチュエータ３３は取り付け
部材５３を介してウエハテーブル２０に固定されてい
る。

【００５４】図１５に戻り、支持方向に対して伸縮自在
の変位拡大機構がピエゾアクチュエータ３３、及び変位
部３４より構成されている。流体軸受け３２Ａは与圧の
ための磁石、又は真空吸着部を備えている。一般に、ピ
エゾアクチュエータによる変位は６０μｍ程度しかない
ため変位拡大機構が必要になる。本例の変位拡大機構は
スコット・ラッセルの平行運動リンク構造を用いてい
る。ピエゾアクチュエータ３３の伸縮部が支持脚３１Ａ
のすり割り部３１Ａａの入力点Ａを押すと、入力点Ａは
微小変位領域において水平方向に直線変位する。する
と、変位拡大機構の変位部３４のリンク機構部のＢ点は
Ｃ点を中心に回転し、その結果としてＤ点は鉛直方向に
変位する。本例の変位拡大機構の変位部３４ではリンク
の傾きが２６．６度で変位拡大率が２倍となり、最大１
２０μｍ変位することができるようになっている。そし
て、支持脚３１Ａ〜３１Ｃの変位部３４の変位を調整し
てウエハテーブル２０の傾斜角の補正（レベリング）、
及びウエハベース７に対する垂直方向の位置の補正（フ
ォーカス調整）を行う。

【００５５】なお、支持脚３１Ａ〜３１Ｃを最大変位幅
である１２０μｍ変位させてもフォーカス調整又はレベ
リングを適切に行うことができない場合には、露光開始
前にウエハ３の表面位置を予め計測しておき、ウエハ３
の表面の位置が所定の位置（投影光学系２の像面）に来
るように図１のエレベータ駆動部８を駆動しウエハベー
ス７を位置決めしてから、支持脚３１Ａ〜３１Ｃを調整
してフォーカス調整又はレベリングを行うとよい。

【００５６】図１６は、レチクルステージ４、及びウエ
ハステージ５を制御する制御系の構成を表すブロック図
を示し、この図１６において、主制御系５０はウエハス
テージ５のウエハテーブル２０のＸ方向、Ｙ方向の目標
位置、及び支持脚３１Ａ〜３１ＣのＺ方向の変位量の目
標値をそれぞれ減算部６１及び６２に供給する。減算部
６１で目標位置から、レーザ干渉計１８Ｘ，１８Ｙの計
測値を変換部６５で、−１／４倍した値を差し引いた値
に基づいて、ウエハステージ制御系２５がウエハステー
ジ５を駆動する。減算部６２は目標値に速度センサ３６
Ｂで計測されるウエハベース７のＺ方向の速度を積分し
て得られる値を加算し、更にウエハステージ５について
不図示のオートフォーカスセンサで計測されるデフォー
カス量を差し引いて得られる値を支持脚制御系６３に供
給し、支持脚制御系６３は、その供給される値に基づい
てウエハステージ５を支持する支持脚３１Ａ〜３１Ｃの
伸縮量を制御して、フォーカス調整、又はレベリングを
行う。また、速度センサ３６Ａによって検出されたウエ
ハベース７の走査方向と直交する方向の変位と投影光学
系２の光軸周りの回転方向の振動成分（ヨーイング）と
の検出結果及び変換部６５の出力からレーザ干渉計１８
Ｘ，１８Ｙの計測値を差し引いた値に基づいて、レチク
ルステージ制御系５２がレチクルステージ４の制御を行
うことにより、ウエハベース７の水平方向の振動の影響
を低減する。そして、ウエハベース７のＺ方向の振動は
粘弾性体６４によって低減される。

【００５７】次に、本例の露光装置のウエハ搬送機構に
ついて説明する。図１において、ウエハベース７の手前
側に、防振台５１を介して搬送ベース４５が設置され、
搬送ベース４５上にウエハ搬送アーム４０Ａ，４０Ｂ、
及びウエハカセット４８等のウエハ搬送機構が載置され
ている。図１７（ａ）は、本例の露光装置のウエハ搬送
機構の一部を示す平面図、図１７（ｂ）はその側面図で
あり、この図１７において、先ず、露光を終えたウエハ
３Ａを載置したウエハステージ５は露光終了位置Ａから
ウエハ搬出位置Ｂに移動し、ウエハ３Ａは位置Ｐ１に移
動する。このとき、ウエハ搬送アーム４０Ａの３本のア
ームはウエハテーブル２０の深溝３８とウエハ３Ａとに
囲まれた空間に入り込み、ウエハテーブル２０と接触す
ることはない。ウエハ搬送アーム４０Ａは、回転及びＺ
方向への伸縮ができる回転上下部６９Ａを介して支持部
６７Ａに載置され、支持部６７Ａは駆動部６８Ａによっ
て搬送ベース４５上を移動する。他方のウエハ搬送アー
ム４０Ｂにも、支持部６７Ｂ、回転上下部６９Ｂ、及び
駆動部（不図示）が備えられている。ウエハステージ５
が静止すると、ウエハテーブル２０がウエハ３Ａの真空
吸着による固定を解除し、ウエハ搬送アーム４０Ａがウ
エハ３Ａを真空吸着し、回転上下部６９Ａによって上昇
する。そして、露光を終えたウエハ３Ａが図１８に示さ
れているウエハカセット４８に回収される。

【００５８】ウエハ搬送アーム４０Ａが上昇すると同時
にウエハステージ５は高速で未露光のウエハ３Ｂを保持
しているウエハ搬送アーム４０Ｂの下（ウエハ搬入位置
Ｃ）に移動する。ウエハステージのウエハテーブル２０
が静止すると、ウエハ搬送アーム４０Ｂが回転上下部６
９Ｂによって下降し、未露光のウエハ３Ｂがウエハテー
ブル２０の上に載置され真空吸着される。このときも、
ウエハ搬送アーム４０Ｂは深溝３８の間に入り込むた
め、ウエハテーブル２０と接触することはない。その
後、ウエハステージ５はウエハ搬入位置Ｃから露光開始
位置Ｄに高速で移動し、ウエハ３Ｂは位置Ｐ２に移動し
て、露光を開始する。それと同時にウエハ搬送アーム４
０Ｂは新しいウエハを図１８のウエハカセット４８から
取り出し待機する。

【００５９】また、重ね合わせ露光をする場合には、予
め露光対象のウエハの回転角を計測し、その角度を相殺
するようにウエハステージ５をウエハ搬入位置Ｃにおい
て位置決めする際にウエハテーブル２０を回転する。こ
れにより、ウエハテーブル２０の向きを走査方向にあわ
せたときに、ウエハ上に既に格子状に配列されたショッ
ト領域に形成されているパターンとレチクル１のパター
ン像とが所定の位置関係になるようにすることができ
る。

【００６０】図１８（ａ）は、ウエハ搬出時におけるウ
エハカセット４８の周辺部を示す平面図、図１８（ｂ）
は図１８（ａ）の側面図であり、この図１８において、
ウエハ搬送アーム４０Ａ，４０ＢはＺ軸回りの回転方
向、走査方向（Ｘ方向）、及び鉛直方向（Ｚ方向）の３
方向に駆動自在であり、ウエハカセット４８を搬送ベー
ス４５上で支持するウエハカセット支持部４７は鉛直方
向に駆動自在である。露光済みのウエハ３Ａをウエハカ
セット４８に回収する際には、先ず、ウエハ３Ａを保持
するウエハ搬送アーム４０Ａが回転上下部６９Ａによっ
て旋回する。ウエハ３Ａが位置Ｐ４を経てウエハカセッ
ト４８の前面にきた瞬間、ウエハ３ＡがＹ軸方向に直線
移動するように、ウエハ搬送アーム４０Ａの支持部６７
ＡがＸ軸方向に位置Ｐ３まで直線移動すると共に、ウエ
ハ搬送アーム４０Ａが旋回運動する。次に、ウエハ３Ａ
がウエハカセット４８内の所定の位置に到達すると、ウ
エハ搬送アーム４０Ａによる真空吸着が解除され、ウエ
ハカセット支持部４７が上昇し、ウエハ３Ａを持ち上げ
る。そして、ウエハ搬送アーム４０Ａは先程と逆の動作
を行い退避する。

【００６１】図１９（ａ）は、ウエハ搬入時におけるウ
エハカセット４８の周辺部を示す平面図、図１９（ｂ）
は図１９（ａ）の側面図であり、この図１９において、
未露光のウエハ３Ｂの下部に移動する。ウエハカセット
４８より搬出する際に、先ずウエハ搬送アーム４０Ｂが
未露光のウエハ３Ｂの下部に移動する。ウエハ搬送アー
ム４０Ｂが静止すると、ウエハカセット支持部４７が下
降し、ウエハ３Ｂがウエハ搬送アーム４０Ｂ上に載置さ
れる。そして、ウエハ搬送アーム４０Ｂがウエハ３を真
空吸着した後、ウエハ搬送アーム４０Ｂの支持部６７Ｂ
がＸ軸方向に直線移動すると共に、回転上下部６９Ｂに
よってウエハ搬送アーム４０Ｂが旋回運動して、ウエハ
３Ｂをウエハカセット４８から取り出す。そして、ウエ
ハステージ５が到着するまで待機する。なお、ウエハ搬
送アーム４０Ｂは装置前面と平行して直線移動すること
ができるため、コーターデベロッパのような周辺装置と
のインラインを構成することもできる。

【００６２】このように、図１７のウエハステージ５を
ウエハの搬出位置、又は搬入位置に移動することによ
り、従来の露光装置のようにウエハを仮に固定して支持
する必要がなくなり、また、ウエハ搬送アーム間でウエ
ハの受け渡しを行う必要もなくなるため、ウエハに異物
が付着する確率や搬送エラーの確率が減少する。また、
ウエハ搬送アームで露光位置までウエハを搬送するより
もウエハの重量に起因するウエハ搬送アームの振動の影
響を受けにくく、より重量の大きいウエハを搬送するこ
とができ、ウエハの大型化に対応することができる。

【００６３】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得ることは勿論である。

【００６４】

【発明の効果】本発明の第１の露光装置によれば、基準
点を中心として投影光学系が所定範囲内で回転するよう
に投影光学系を支持する投影光学系支持部を設けること
により、投影光学系にマスクステージや基板ステージか
らの振動が伝達しても、物体平面（マスク）と像面（基
板）との位置関係がずれないため、転写されるパターン
の位置ずれを防ぐことができ、高精度な露光を行うこと
ができる。

【００６５】また、マスクを移動させるマスクステージ
と、このマスクステージと投影光学系とを支持する構造
体と、基板を移動させる基板ステージとを有し、投影光
学系支持部は、その構造体から延びる少なくとも３つの
柔構造の支持部材を備え、各支持部材の延長線が基準点
で交わるように構成されている場合には、投影光学系に
振動が伝達しても、投影光学系が基準点を中心に微小回
転するため、基板上に転写されるパターンの位置ずれを
防ぐことができ、また、支持部材が柔構造であるため、
微小振動が減衰され、形成されるパターンのコントラス
トの悪化を防ぐことができる。

【００６６】次に、本発明の第２の露光装置によれば、
マスクステージの移動方向と反対方向に所定の速度でマ
スクベースが移動するように制御することにより、マス
クステージの駆動反力の構造体への影響が低減され、機
械共振の励起を抑え、構造体、及び投影光学系に伝達す
る振動を低減することができる。従って、高精度な露光
を行うことができる。

【００６７】次に、本発明の第３の露光装置によれば、
案内軸の両端に弾性部材を備えることにより、基板テー
ブルが案内軸上で等速往復運動を行う際には、基板テー
ブルの運動エネルギーがポテンシャルエネルギーに変換
され弾性部材に貯えられるため、基板テーブルを等速往
復運動させる際に消費されるエネルギーは、主に基板テ
ーブルの空気に対する粘性抵抗と弾性部材が変形すると
きの発熱とに消費されるエネルギーだけとなり、基板テ
ーブルを等速移動させる際の駆動部の発熱量を抑えるこ
とができる。

【００６８】また、弾性部材が、案内軸の両端部に設け
られた第１の磁気部材と、対応して配置された第２の磁
気部材とを有する場合には、第１の磁気部材と第２の磁
気部材との吸引力により、案内軸の端部において基板テ
ーブルを静止位置決めする際に弾性部材の抗力に対向す
るために要する基板テーブルの駆動部の推力を低減する
ことができ、基板テーブルを静止位置決めする際の駆動
部の発熱量を抑えることができる。

【００６９】次に、本発明の第４の露光装置によれば、
支持方向に対して伸縮自在の支持脚の長さを制御するこ
とにより、基板テーブルの傾斜角、又は高さ方向の位置
を制御することができ、基板の表面を像面に合わせ込ん
で高精度に露光を行うことができる。また、露光時にマ
スク及び基板が同期して移動されると共に、構造体の基
板ステージの走り面の走査方向の傾斜角、非走査方向の
傾斜角、及び高さを検出し、この検出結果に基づいて、
伸縮自在の支持脚を制御する場合には、基板の表面を像
面に合わせ込みながら高精度に走査露光を行うことがで
きる。

【００７０】また、基板ステージの投影光学系の光軸周
りの回転角、及び位置ずれ量を検出し、この検出結果に
基づいて、マスクステージ、又は基板ステージの位置を
制御する場合には、基板の表面と像面との位置合わせを
高精度に行うことができる。次に、本発明の第５の露光
装置によれば、支持部と構造体との間に粘弾性体を有す
るため、露光装置が設置されている床からの振動を低減
することができる。従って高精度に露光を行うことがで
きる。

【００７１】次に、本発明の第６の露光装置によれば、
基板テーブルに溝が設けられており、基板搬送アームを
基板テーブルに接触させることなく基板を基板テーブル
上に載置できる。即ち、基板を基板テーブル上で一旦仮
に固定して支持することなく露光装置に搬入又は搬出で
き、スループットが向上するという利点がある。また、
基板搬送機構が、少なくとも２つの基板搬送アームと、
基板収納ケース支持部とを備え、基板搬送アームが、投
影光学系の光軸周りの回転方向、水平方向、及び鉛直方
向の３方向に移動自在であり、その基板収納ケース支持
部が、鉛直方向に移動自在である場合には、基板ステー
ジを基板搬出アーム又は基板搬入アームの下部まで移動
し、基板を基板搬送アーム間で受け渡すことなく基板を
露光装置に搬送でき、ウエハに異物が付着する確率や搬
送中に故障が生じる確率が減少するという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例で使用される投影露
光装置の概略構成を示す斜視図である。

【図２】図１の投影光学系２の支持方法を示す一部を切
り欠いた断面図である。

【図３】（ａ）は図１のウエハステージ５を示す平面
図、（ｂ）は図３（ａ）のＢＢ線に沿う断面図、（ｃ）
は図３（ａ）の一部を省略した正面図、（ｄ）は図３
（ａ）のＤＤ線に沿う断面図である。

【図４】ウエハテーブル２０とキャリア２１とを制御す
る制御系の構成を示すブロック図である。

【図５】図３のウエハテーブル２０の案内部材２２Ａ及
び案内軸２２Ｂの動作説明に供する概略図である。

【図６】（ａ）は弾性体を備えていない案内軸上でウエ
ハテーブル２０の移動速度を一定速度まで推移させて移
動させた場合のウエハテーブル２０の速度を示す図、
（ｂ）はそのときのリニアモータの推力を示す図であ
る。

【図７】（ａ）はばね備えた案内軸上で共振のない理想
的なウエハテーブルを一定速度まで加速した場合を仮定
して計算したウエハテーブルの速度曲線を示す図、
（ｂ）は図７（ａ）の速度曲線を速度司令値として共振
を持つウエハテーブルを制御した場合を仮定して計算し
たリニアモータの推力を示す図である。

【図８】（ａ）は図７（ａ）の速度曲線を速度司令値と
してばねを備えた案内軸を使用してウエハテーブル２０
を一定速度まで加速した場合の速度を示す図、（ｂ）は
そのときのウエハテーブル２０の推力及びリニアモータ
が発生した推力を示す図である。

【図９】（ａ）はばね定数が最適値であるばねを備えた
案内軸を使用してウエハテーブル２０を一定速度まで加
速した場合の速度曲線を示す図、（ｂ）はそのときのウ
エハテーブル２０の推力を示す図である。

【図１０】ばねを備えた案内軸の端部におけるばねの抗
力を示す図である。

【図１１】図３において、更に磁気部材を備えた場合の
案内部材２２Ａ及び案内軸２２Ｂの動作説明に供する概
略図である。

【図１２】（ａ）はばねと鉄板と磁石とを備えた案内軸
上で共振のない理想的なウエハテーブル２０を一定速度
まで加速した場合を仮定して計算した速度を示す図、
（ｂ）は図１２（ａ）の速度曲線を速度司令値として共
振を持つウエハテーブル２０を制御した場合を仮定し計
算したリニアモータの推力を示す図である。

【図１３】（ａ）は図１２（ａ）の速度曲線を速度司令
値として鉄板と磁石とを備えた案内軸上でウエハテーブ
ル２０を一定速度まで加速したときの速度曲線を示す
図、（ｂ）はそのときのウエハテーブル２０の推力及び
リニアモータの推力を示す図である。

【図１４】鉄板と磁石とを取り付けた案内軸の端部にお
ける鉄板と磁石との吸引力とばねの抗力との合力を示す
図である。

【図１５】（ａ）はウエハテーブル２０を支持する支持
脚３１Ａ及びこの周辺を拡大して示す概略図、（ｂ）は
図１５（ａ）の側面図である。

【図１６】レチクルステージ４、ウエハステージ５、及
びウエハベース７を制御する制御系の構成を示すブロッ
ク図である。

【図１７】ウエハを露光装置に搬入、又は搬出する際の
ウエハステージ５の動作を説明するための図である。

【図１８】露光済みのウエハ３Ａを露光装置から搬出す
る際のウエハ搬送アーム４０Ａの動作を説明するための
図である。

【図１９】未露光のウエハ３Ｂを露光装置に搬入する際
のウエハ搬送アーム４０Ｂの動作を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１レチクル２投影光学系３ウエハ４レチクルステージ５ウエハステージ６構造体７ウエハベース８エレベータ駆動部９レチクルベース１５物体平面１６像面１７基準点１９Ａ〜Ｃロッド２０ウエハテーブル２２Ａ案内部材２２Ｂ案内軸２３Ａ，２３Ｂリニアモータのコイル部２４Ａ，２４Ｂリニアモータのマグネット部２５ウエハステージ制御系２７Ａ，２７Ｂばね２９鉄板３０磁石３１Ａ〜３１Ｃ支持脚３２Ａ〜３２Ｃ流体軸受け３８深溝４０Ａ，４０Ｂウエハ搬送アーム４７ウエハカセット支持部４８ウエハカセット５２レチクルステージ制御系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクのパターンの像を投影光学系を介
して基板上に転写する露光装置において、前記投影光学系の物体平面と像面との間隔を投影倍率比
で内分する前記投影光学系の光軸上の基準点を中心とし
て、前記投影光学系が所定範囲内で回転できるように前
記投影光学系を支持する投影光学系支持部を設けたこと
を特徴とする露光装置。
【請求項２】請求項１記載の露光装置であって、前記
マスクを移動させるマスクステージと、該マスクステー
ジと前記投影光学系とを支持する構造体と、前記基板を
移動させる基板ステージと、を有し、前記投影光学系支持部は、前記構造体から延びる少なく
とも３つの柔構造の支持部材を備え、該支持部材は、そ
れぞれの延長線が前記基準点で交わることを特徴とする
露光装置。
【請求項３】マスクのパターンの像を投影光学系を介
して基板上に転写する露光装置において、前記マスクを保持して移動させるマスクステージと、該
マスクステージを移動させるマスクベースと、該マスク
ベースと前記投影光学系とを支持する構造体と、前記マ
スクステージ及び前記マスクベースの動作を制御する制
御系と、を有し、前記マスクベースを制御することによって、前記マスク
ステージの駆動反力の前記構造体に対する影響を低減す
ることを特徴とする露光装置。
【請求項４】マスクのパターンの像を投影光学系を介
して基板上に転写する露光装置において、前記基板を保持して移動させる基板テーブルと、該基板
テーブルを保持して所定範囲内で往復運動させる基板ス
テージと、を有し、前記基板ステージは、前記基板テーブルが往復運動をす
る案内軸の両端部に弾性部材を備えることを特徴とする
露光装置。
【請求項５】請求項４記載の露光装置であって、前記
弾性部材は、前記案内軸の両端部に設けられた第１の磁
気部材と、対応して配置された第２の磁気部材と、を有
することを特徴とする露光装置。
【請求項６】マスクのパターンの像を投影光学系を介
して基板上に転写する露光装置において、前記マスクを保持して移動させるマスクステージと、前
記基板を保持して移動させる基板テーブルと、該基板テ
ーブルを保持して移動させる基板ステージと、該基板ス
テージを支持する構造体と、を有し、前記基板テーブルは、前記構造体上で該基板テーブルを
支持する少なくとも３つの支持脚を有し、該支持脚は、支持方向に対して伸縮自在であり、該支持
脚と前記構造体との間に流体軸受け機構を有することを
特徴とする露光装置。
【請求項７】請求項６記載の露光装置であって、露光
時に前記マスク及び前記基板は同期して移動されると共
に、前記構造体の前記基板ステージの走り面の走査方向
の傾斜角、非走査方向の傾斜角、及び高さを検出し、該
検出結果に基づいて、前記伸縮自在の支持脚を制御する
ことを特徴とする露光装置。
【請求項８】請求項６、又は７記載の露光装置であっ
て、前記基板ステージの前記投影光学系の光軸周りの回
転角、及び位置ずれ量を検出し、該検出結果に基づい
て、前記マスクステージ、又は前記基板ステージの位置
を制御することを特徴とする露光装置。
【請求項９】マスクのパターンの像を投影光学系を介
して基板上に転写する露光装置において、前記基板を保持して移動させる基板テーブルと、該基板
テーブルを保持して移動させる基板ステージと、該基板
ステージを支持する構造体と、該構造体を支持して高さ
方向に駆動する支持部と、を有し、該支持部と前記構造体との間に粘弾性体を有することを
特徴とする露光装置。
【請求項１０】マスクのパターンの像を投影光学系を
介して基板上に転写する露光装置において、前記基板を保持して移動させる基板テーブルと、該基板
テーブルを保持して移動させる基板ステージと、該基板
ステージを支持する構造体と、前記基板の前記基板テー
ブルとの間での受け渡しを行う基板搬送アームを備えた
基板搬送機構と、を有し、前記基板テーブルは、前記基板を該基板テーブルに載置
した際、前記基板搬送アームを、該基板テーブルに接触
させることなく移動させるための溝を有することを特徴
とする露光装置。
【請求項１１】請求項１０記載の露光装置であって、
前記基板搬送機構は、少なくとも２つの基板搬送アーム
と、基板収納ケース支持部と、を備え、前記基板搬送アームは、前記投影光学系の光軸周りの回
転方向、水平方向、及び鉛直方向の３方向に移動自在で
あり、前記基板収納ケース支持部は、鉛直方向に移動自在であ
ることを特徴とする露光装置。