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技術 移動体装置及び露光装置、並びにデバイス製造方法

出願人 株式会社ニコン
発明者 柴崎祐一
出願日 2018年8月8日 (11ヶ月経過) 出願番号 2018-149081
公開日 2019年1月24日 (6ヶ月経過) 公開番号 2019-012832
状態 未査定
技術分野 ウエハ等の容器、移送、固着、位置決め等 器械の細部
主要キーワード 圧縮空気噴出 直方体部材 熱膨張力 変位計測センサ Y座標 上下動軸 移動終了点 チューブ固定部材
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

物体の物体載置部に対するロード又は物体載置部からのアンロードに際して物体載置部への振動等の影響を軽減し得る移動体装置を提供する。

解決手段

ステージ装置は、ウエハWを載置して移動可能なウエハステージWSTを含む。ウエハステージは、ウエハWを載置するウエハテーブルWTBと、ベース盤12に対し移動可能なスライダと、ウエハを下方から支持可能なウエハセンター支持部材と、ウエハセンター支持部材をウエハテーブルに対して上下方向に移動可能な駆動装置と、を含み、ウエハテーブルはキネマティックに支持され、駆動装置はウエハテーブルと非接触である。

概要

背景

従来、半導体素子集積回路等)、液晶表示素子等の電子デバイスマイクロデバイス)を製造するリソグラフィ工程では、主として、ステップアンドリピート方式の投影露光装置(いわゆるステッパ)、あるいはステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置(いわゆるスキャニング・ステッパ(スキャナとも呼ばれる))などが用いられている。

この種の露光装置では、露光対象となるウエハ又はガラスプレート等の基板を保持して2次元移動するステージウエハステージ)として、大きな力を発生するが制御性が低い粗動ステージと、粗動ステージ上に搭載され、小さな力しか発生せず、粗動ステージに対して微小駆動される制御性が高い微動ステージとを組み合わせた粗微動分離型のステージが主流となっている(例えば、特許文献1参照)。

しかしながら、粗微動分離型のステージは、位置決め精度を比較的容易に出しやすい一方で、微動ステージにウエハを真空吸着又は静電吸着する真空チャック又は静電チャックなどのチャック部材が設けられるので、電力又は真空等の用力を供給するためのケーブル又は配管などを微動ステージに接続する必要がある。これに加え、粗動ステージを駆動する粗動用駆動装置として、例えばステージ側には配線が不要なムービングマグネット型リニアモータなどを用いたとしても、粗動ステージには微動ステージを駆動するための微動用駆動装置が搭載されるため、微動用駆動装置のための電力などを供給する用力供給用のケーブルを、粗動ステージに接続する必要がある。このように、粗微動分離型のステージは、装置の煩雑化、重量増及びコストが高くなるといったデメリットがあった。

これらの粗微動ステージの欠点を解決する方法として、粗動ステージと微動ステージとの2つのステージを設けるのではなく、1つのステージをウエハステージに採用することが考えられ、実用化に向けた開発が行われている

概要

物体の物体載置部に対するロード又は物体載置部からのアンロードに際して物体載置部への振動等の影響を軽減し得る移動体装置を提供する。ステージ装置は、ウエハWを載置して移動可能なウエハステージWSTを含む。ウエハステージは、ウエハWを載置するウエハテーブルWTBと、ベース盤12に対し移動可能なスライダと、ウエハを下方から支持可能なウエハセンター支持部材と、ウエハセンター支持部材をウエハテーブルに対して上下方向に移動可能な駆動装置と、を含み、ウエハテーブルはキネマティックに支持され、駆動装置はウエハテーブルと非接触である。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

物体を載置して移動可能な移動体を含む移動体装置であって、前記移動体は、前記物体を載置する物体載置部と、定盤に対し移動可能なスライダと、前記物体を下方から支持可能な支持部材と、前記支持部材を前記物体載置部に対して上下方向に移動可能な駆動装置と、を含み、前記物体載置部はキネマティックに支持され、前記駆動装置は前記物体載置部と非接触である移動体装置。

請求項2

前記支持部材は第1の支持部材であって、前記スライダ上に前記物体載置部を支持する第2の支持部材を備え、前記第2の支持部材がキネマティックに支持されることによって、前記物体載置部はキネマティックに支持される請求項1に記載の移動体装置。

請求項3

前記スライダに接続された複数のロッド部材を備え、前記第2の支持部材は、前記複数のロッド部材を介してキネマティックに支持されている請求項2に記載の移動体装置。

請求項4

前記複数のロッド部材は、それぞれ異なる方向の剛性を有する請求項3に記載の移動体装置。

請求項5

前記複数のロッド部材は、第1の方向の剛性を有する第1のロッド部材と、第2の方向の剛性を有する第2のロッド部材とを含む請求項4に記載の移動体装置。

請求項6

前記複数のロッド部材のうち少なくとも2本は、互いに交差する状態で配置されている請求項3〜5のいずれか一項に記載の移動体装置。

請求項7

前記第2の支持部材の振動を抑制する除振部を備える請求項2に記載の移動体装置。

請求項8

前記除振部は、スクイズフィルムダンパを含む請求項7に記載の移動体装置。

請求項9

前記スライダに設けられたフレーム部材を備え、前記第2の支持部材と前記フレーム部材との間に除振部を有する請求項2〜6のいずれか一項に記載の移動体装置。

請求項10

前記除振部は、スクイズフィルムダンパを含む請求項9に記載の移動体装置。

請求項11

前記除振部は、前記第2の支持部材と前記フレーム部材との間の隙間内に位置する流体の流れおよび圧縮の少なくとも1つによって生成される力を利用して前記第2の支持部材の振動を抑制する請求項9または10に記載の移動体装置。

請求項12

前記フレーム部材は、前記第2の支持部材と非接触である請求項9に記載の移動体装置。

請求項13

前記フレーム部材と前記第2の支持部材の一方と、前記物体載置部との間に空間が形成され、前記フレーム部材と前記第2の支持部材の他方の少なくとも一部は前記空間にある請求項9〜12のいずれか一項に記載の移動体装置。

請求項14

前記第2の支持部材を支持する複数のロッド部材を備え、前記フレーム部材は、前記複数のロッド部材が接続された位置とは異なる位置で接続している請求項9〜13のいずれか一項に記載の移動体装置。

請求項15

前記駆動装置は、前記フレーム部材に設けられる請求項9〜14のいずれか一項に記載の移動体装置。

請求項16

前記駆動装置は、前記スライダに設けられる請求項1〜14のいずれか一項に記載の移動体装置。

請求項17

前記移動体は互いに直交する第1軸及び第2軸を含む所定平面内の3自由度方向を含む少なくとも3自由度方向に移動可能である請求項1〜16のいずれか一項に記載の移動体装置。

請求項18

前記定盤に対して前記移動体を移動するように構成された平面モータを含み、前記物体は、前記平面モータのみによって前記定盤に対して移動する請求項17に記載の移動体装置。

請求項19

前記平面モータは、複数の永久磁石を含む磁石ユニットと、複数のコイルを含むコイルユニットと、を有し、前記磁石ユニットと前記コイルユニットとの一方は、前記スライダの下面に設けられ、前記磁石ユニットと前記コイルユニットとの他方は、前記定盤に配置される請求項18に記載の移動体装置。

請求項20

前記物体載置部は前記第2の支持部材に固定されている請求項2〜19のいずれか一項に記載の移動体装置。

請求項21

物体を載置して移動可能な移動体を含む移動体装置であって、前記移動体は、前記物体を載置する物体載置部と、定盤に対し移動可能なスライダと、前記物体を下方から支持可能な物体支持部材と、前記物体支持部材を前記物体載置部に対して上下方向に移動可能な駆動装置と、を含み、前記物体載置部は過拘束なくかつ拘束条件不足なく支持され、前記駆動装置は前記物体載置部と非接触である移動体装置。

請求項22

前記物体載置部は、キネマティックな支持により過拘束なくかつ拘束条件の不足なく支持される請求項21に記載の移動体装置。

請求項23

物体をエネルギビーム露光する露光装置であって、請求項1〜22のいずれか一項に記載の移動体装置と、前記物体に前記エネルギビームを照射して、前記物体上にパターンを生成するパターン生成装置と、を備える露光装置。

請求項24

請求項23に記載の露光装置を用いて物体を露光することと、露光された前記物体を現像することと、を含むデバイス製造方法

技術分野

0001

本発明は、移動体装置及び露光装置、並びにデバイス製造方法係り、特に物体を保持して6自由度方向に移動する移動体を備えた移動体装置及び該移動体装置を備える露光装置、並びに該露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。

背景技術

0002

従来、半導体素子集積回路等)、液晶表示素子等の電子デバイスマイクロデバイス)を製造するリソグラフィ工程では、主として、ステップアンドリピート方式の投影露光装置(いわゆるステッパ)、あるいはステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置(いわゆるスキャニング・ステッパ(スキャナとも呼ばれる))などが用いられている。

0003

この種の露光装置では、露光対象となるウエハ又はガラスプレート等の基板を保持して2次元移動するステージウエハステージ)として、大きな力を発生するが制御性が低い粗動ステージと、粗動ステージ上に搭載され、小さな力しか発生せず、粗動ステージに対して微小駆動される制御性が高い微動ステージとを組み合わせた粗微動分離型のステージが主流となっている(例えば、特許文献1参照)。

0004

しかしながら、粗微動分離型のステージは、位置決め精度を比較的容易に出しやすい一方で、微動ステージにウエハを真空吸着又は静電吸着する真空チャック又は静電チャックなどのチャック部材が設けられるので、電力又は真空等の用力を供給するためのケーブル又は配管などを微動ステージに接続する必要がある。これに加え、粗動ステージを駆動する粗動用駆動装置として、例えばステージ側には配線が不要なムービングマグネット型リニアモータなどを用いたとしても、粗動ステージには微動ステージを駆動するための微動用駆動装置が搭載されるため、微動用駆動装置のための電力などを供給する用力供給用のケーブルを、粗動ステージに接続する必要がある。このように、粗微動分離型のステージは、装置の煩雑化、重量増及びコストが高くなるといったデメリットがあった。

0005

これらの粗微動ステージの欠点を解決する方法として、粗動ステージと微動ステージとの2つのステージを設けるのではなく、1つのステージをウエハステージに採用することが考えられ、実用化に向けた開発が行われている

課題を解決するための手段

0006

発明者は、粗微動一体型のウエハステージの実用化に向けて鋭意研究を続けているが、ステージ駆動時の振動に加え、例えばステージを例えば平面モータにより駆動する場合、その平面モータの可動子が設けられたスライダ部材(ステージ本体)の熱変形等に起因としてウエハを保持するウエハテーブルの位置決め精度が悪化するおそれがあることが、最近判明した。

0007

本発明は、上記事情の下でなされたもので、その第1の態様によれば、物体を載置して移動可能な移動体を含む移動体装置であって、前記移動体は、前記物体を載置する物体載置部と、定盤に対し移動可能なスライダと、前記物体を下方から支持可能な支持部材と、前記支持部材を前記物体載置部に対して上下方向に移動可能な駆動装置と、を含み、前記物体載置部はキネマティックに支持され、前記駆動装置は前記物体載置部と非接触である移動体装置が、提供される。

0008

本発明の第2の態様によれば、物体を載置して移動可能な移動体を含む移動体装置であって、前記移動体は、前記物体を載置する物体載置部と、定盤に対し移動可能なスライダと、前記物体を下方から支持可能な物体支持部材と、前記物体支持部材を前記物体載置部に対して上下方向に移動可能な駆動装置と、を含み、前記物体載置部は過拘束なくかつ拘束条件不足なく支持され、前記駆動装置は前記物体載置部と非接触である移動体装置が、提供される。

0009

本発明の第3の態様によれば、物体をエネルギビーム露光する露光装置であって、第1又は第2の態様に係る移動体装置と、前記物体に前記エネルギビームを照射して、前記物体上にパターンを生成するパターン生成装置と、を備える露光装置が、提供される。

0010

本発明の第4の態様によれば、第3の態様に係る露光装置を用いて物体を露光することと、露光された前記物体を現像することと、を含むデバイス製造方法が、提供される。

図面の簡単な説明

0011

一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
図1のウエハステージを示す平面図である。
図1の露光装置が備える干渉計システムアライメント検出系等の配置を示す図である。
図2のウエハステージから、ウエハテーブルを外したステージ本体を示す平面図である。
図5(A)は、図2のウエハステージの正面図、図5(B)は、図2のウエハステージの側面図である。
支持部材を取り出して示す斜視図である。
図7(A)は、図2のウエハステージが備える第2ステージ装置の構成を概略的に示す斜視図、図7(B)は、図7(A)の第2ステージ装置の備える駆動系及び位置計測系の配置を説明するための図である。
図7(A)の第2ステージ装置の備えるボイスコイルモータの構成を説明するための図である。
ウエハステージを駆動する平面モータ、及び第2ステージ部材を駆動するボイスコイルモータを制御する第1制御系の構成を、その制御対象とともに示すブロック図である。
露光装置の制御系を中心的に構成する主制御装置入出力関係を示すブロック図である。

実施例

0012

以下、一実施形態について、図1図10に基づいて説明する。

0013

図1には、一実施形態に係る露光装置10の構成が概略的に示されている。露光装置10は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置、いわゆるスキャナである。後述するように、本実施形態では、投影光学PLが設けられており、以下においては、この投影光学系PLの光軸AXと平行な方向をZ軸方向、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される方向をY軸方向、Z軸及びY軸に直交する方向をX軸方向とし、X軸、Y軸、及びZ軸回りの回転(傾斜)方向をそれぞれθx、θy、及びθz方向として説明を行う。

0014

露光装置10は、図1に示されるように、照明系IOP、レチクルステージRST、投影ユニットPU、及びベース盤12上で独立してXY平面内で2次元移動するウエハステージWST、並びにこれらの制御系及び計測系等を備えている。

0015

照明系IOPは、例えば米国特許出願公開第2003/0025890号明細書などに開示されるように、光源と、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、及びレチクルブラインド等(いずれも不図示)を有する照明光学系と、を含む。照明系IOPは、レチクルブラインド(マスキングシステムとも呼ばれる)で設定(制限)されたレチクルR上のスリット状の照明領域IARを、照明光露光光ILによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ILとして、一例として、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)が用いられている。

0016

レチクルステージRST上には、そのパターン面(図1における下面)に回路パターンなどが形成されたレチクルRが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージRSTは、例えばリニアモータ等を含むレチクルステージ駆動系11(図1では不図示、図10参照)によって、XY平面内で微小駆動可能であるとともに、走査方向(図1における紙面内左右方向であるY軸方向)に所定の走査速度で駆動可能となっている。

0017

レチクルステージRSTのXY平面内の位置情報(θz方向の回転情報を含む)は、レチクルレーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」という)13によって、レチクルステージRSTに固定された移動鏡15(実際には、Y軸方向に直交する反射面を有するY移動鏡(あるいは、レトロリフレクタ)とX軸方向に直交する反射面を有するX移動鏡とが設けられている)を介して、例えば0.25nm程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計13の計測値は、主制御装置20(図1では不図示、図10参照)に送られる。干渉計に代えてエンコーダステムを用いて位置情報を求めても良い。

0018

投影ユニットPUは、レチクルステージRSTの図1における下方に配置されている。投影ユニットPUは、ベース盤12の上方に水平に配置されたメインフレームBDによってその外周部に設けられたフランジFLGを介して支持されている。メインフレームBDは、板部材から成り、床Fに支持された不図示の複数の支持部材によって除振装置をそれぞれ介して支持されている。

0019

投影ユニットPUは、鏡筒40と、鏡筒40内に保持された投影光学系PLと、を含む。投影光学系PLとしては、例えば、Z軸と平行な光軸AXに沿って配列される複数の光学素子レンズエレメント)から成る屈折光学系が用いられている。投影光学系PLは、例えば両側テレセントリックで、所定の投影倍率(例えば1/4倍、1/5倍又は1/8倍など)を有する。このため、照明系IOPからの照明光ILによってレチクルR上の照明領域IARが照明されると、投影光学系PLの第1面(物体面)とパターン面とがほぼ一致して配置されるレチクルRを通過した照明光ILにより、投影光学系PL(投影ユニットPU)を介してその照明領域IAR内のレチクルRの回路パターンの縮小像(回路パターンの一部の縮小像)が、投影光学系PLの第2面(像面)側に配置される、表面にレジスト感応剤)が塗布されたウエハW上の前記照明領域IARに共役な領域(以下、露光領域とも呼ぶ)IAに形成される。そして、レチクルステージRSTとウエハステージWSTとの同期駆動によって、照明領域IAR(照明光IL)に対してレチクルRを走査方向(Y軸方向)に相対移動させるとともに、露光領域IA(照明光IL)に対してウエハWを走査方向(Y軸方向)に相対移動させることで、ウエハW上の1つのショット領域(区画領域)の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルRのパターンが転写される。すなわち、本実施形態では照明系IOP、及び投影光学系PLによってウエハW上にレチクルRのパターンが生成され、照明光ILによるウエハW上の感応層レジスト層)の露光によってウエハW上にそのパターンが形成される。

0020

ウエハステージWSTは、図1に示されるように、ベース盤12の上方に所定の隙間(ギャップクリアランス)を介して浮上支持されている。ウエハステージWSTは、図1に示されるように、ステージ本体81と、ステージ本体81の上面に固定されたウエハテーブルWTBとを備えている。ステージ本体81の+X側(図1における紙面手前側)の面には、後述する第2ステージ装置60が設けられている。なお、図1において、ウエハテーブルWTB上にウエハWが保持されている。

0021

ベース盤12は、床F上に複数の防振装置(図示省略)によってほぼ水平に(XY平面に平行に)支持されている。ベース盤12は、平板状の外形を有する部材から成る。ベース盤12内部には、平面モータ(後述する)の電機子ユニットとして、XY二次元方向を行方向、列方向としてマトリックス状に配置された複数のコイル17を含むコイルユニット収納されている。

0022

ステージ本体81は、図4の平面図、図5(A)の正面図(−Y方向から見た図)及び図5(B)の側面図(+X方向から見た図)に示されるように、スライダ22、スライダ22上に複数本、一例として6本のロッド部材231〜233、241〜243を介して支持された箱状の支持部材25、及びスライダ22上に4本の支持部49を介して固定されたフレーム26等を備えている。

0023

スライダ22は、前記平面モータの磁石ユニットを含み、Y軸方向の長さに比べてX軸方向の長さが幾分長い、平面視矩形板状部材から成る。この磁石ユニットは、図5(A)に示されるように、スライダ22の底部にその下面がスライダ22の底面とほぼ同一面上に位置する状態で配置された複数の永久磁石18を有する。複数の永久磁石18は、ベース盤12のコイルユニットに対応して、XY二次元方向を行方向、列方向としてマトリックス状に配置されている。磁石ユニットと、ベース盤12のコイルユニットと、により、例えば米国特許第6,452,292号明細書などに開示されている磁気上型ムービングマグネットタイプの電磁力ローレンツ力駆動方式の平面モータから成るウエハステージ駆動系51A(図10参照)が構成される。ウエハステージ駆動系51Aによって、ウエハステージWSTは、ベース盤12に対して6自由度方向(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向、θx方向、θy方向、及びθz方向)に駆動される。

0024

コイルユニットを構成する各コイル17に供給される電流の大きさ及び方向は、主制御装置20によって制御される。以下では、ウエハステージ駆動系51Aを、平面モータ51Aとも称する。

0025

スライダ22の内部には、冷媒(例えば冷却水等)を流すための不図示の流路が形成され、その不図示の流路には、不図示の配管を介して冷媒供給装置58(図10参照)が接続されている。なお、冷媒の流量等は、主制御装置20によって制御される。また、スライダ22の内部に、不図示の空間を形成し、その空間内にマスダンパとして機能するを設けても良い。

0026

支持部材25は、ウエハテーブルWTBを下方から支持する部材、すなわちその上面にウエハテーブルWTBが固定される部材である。支持部材25は、6本のロッド部材231〜233、241〜243を介してスライダ22上方にスライダ22に対して所定の隙間(ギャップ)を空けた状態で固定されている。図6には、支持部材25が取り出して斜視図にて示されている。支持部材25は、図6に示されるように、支持部材本体25aと、支持部材本体25aのX軸方向両側面のY軸方向中央部より幾分−Y側の位置からそれぞれX軸方向の外側に突出した一対の突出部25bと、支持部材本体25aのY軸方向両側面の下端部からY軸方向の外側に張り出した一対の縁部25cと、を有している。

0027

支持部材本体25aは、図4に示されるように、スライダ22のY軸方向の長さよりも1辺の長さが短い、平面視正方形の部材の四隅切り落としたような平面視八角形状、すなわち、X軸及びY軸にそれぞれ平行な各2つ、合計4つの長辺と、X軸及びY軸に対して45度を成す合計4つの短辺とを有する平面視八角形状の輪郭を有している。支持部材本体25aは、図6に示されるように、平面視八角形状の板状部21aと、板状部21aの上面の4つの長辺の部分に設けられた4つの台形状部21b、21c、21d、21eとを有している。4つの台形状部21b、21c、21d、21eによって、支持部材本体25aの上面に、図4及び図6に示されるように、後述するフレーム26のXフレーム部材28を収納するための所定深さのX状凹部(十字状凹部)33が形成されている。X状凹部33は、図6に示されるように、支持部材本体25a上面の中央に位置する、支持部材本体25aとほぼ相似形の平面視八角形状の第1凹部34と、該第1凹部34の4つの短辺部から支持部材本体25aの4つの短辺のそれぞれに向かって、X軸及びY軸に対して45度を成す方向に延設された4つの第2凹部35とを含む。

0028

支持部材本体25aの4つの台形状部21b、21c、21d、21eは、側面視において所定の厚さを有している。図示は省略されているが、これら4つの台形状部は、次に説明する一対の突出部25bとともに、底面側が肉抜きされている。

0029

一対の突出部25bのそれぞれは、台形状部21cの+X側の面、台形状部21eの−X側の面にX軸方向の外側に向けて突設されている。一対の突出部25bは、それぞれが設けられた台形状部とほぼ同じ厚さを有している。

0030

図4に示されるように、支持部材25は、一対の突出部25bの先端面が、スライダ22のX軸方向両側面よりも幾分内側に位置する状態で、前述の6本のロッド部材231〜233、241〜243を介してスライダ22上で支持されている。

0031

一対の縁部25cは、図5(B)に示されるように、Y軸方向両側面からY軸方向の外側に張り出した所定幅板状部分から成る。一対の縁部25cのそれぞれは、ここでは、板状部21aのY軸方向の両端部であって、支持部材本体25aから+Y側、−Y側に張り出した延設部によって構成されている。ただし、これに限らず、支持部材本体25aとは別に縁部を設けて、両者を一体化させても良い。一対の縁部25cは、台形状部21b、21cの長辺部の全長に渡って設けられている。また、各縁部25cの上面は、XY平面に平行な平面度の高い面に仕上げられている。

0032

支持部材25の下面には、図5(B)に示されるように、支持部材本体25aのほぼ全域を覆う板状部25dが設けられている。この板状部25dの下面には、後述するエンコーダシステムの2次元グレーティング(以下、単にグレーティングと呼ぶ)RGが設けられている。グレーティングRGは、X軸方向を周期方向とする反射型回折格子(X回折格子)と、Y軸方向を周期方向とする反射型回折格子(Y回折格子)と、を含む。X回折格子及びY回折格子の格子線ピッチは、例えば1μmと設定されている。なお、グレーティングRGは、上述した板状部25dの下面全域に設ける必要はないが、例えば、ウエハWの直径の2倍程度の矩形領域を含むサイズであるなど、ウエハWの露光の際に、ウエハステージWSTが移動する範囲を網羅している必要がある。

0033

支持部材25の素材は、低熱膨張率であることが望ましく、例えばショット社のゼロデュア商品名)などが用いられる。また、グレーティングRGの表面は、保護部材、例えば光が透過可能な透明な素材で、且つ支持部材25の素材と同程度の低熱膨張率を有するカバーガラスによって覆われて、保護されていても良い。

0034

ロッド部材231〜233は、例えば図4に示されるように、支持部材25の+X側に配置され、ロッド部材241〜243は、支持部材25の−X側に配置されている。なお、ロッド部材231〜233とロッド部材241〜243とは、支持部材25の中心を通るYZ平面に平行な面に関して対称に配置されているが、同じ構成から成る。従って、以下では、ロッド部材231〜233を代表的に取り上げて説明する。

0035

各ロッド部材23i(i=1〜3)は、棒状部材43i、直方体部材から成るジョイント部材44i及び45iを、有している。

0036

図4及び図5(B)を総合するとわかるように、ロッド部材231とロッド部材233とは、平面視において支持部材25の中心を通るXZ平面に平行な面に関して対称な配置及び構成になっている。

0037

ロッド部材231は、支持部材25の+X側の端面の+Y側端部近傍に配置されている。ロッド部材231のジョイント部材441は、図4及び図5(B)に示されるように、スライダ22上面の+X側端部の+Y側端部近傍の位置に下面が固定されている。また、ロッド部材231のジョイント部材451は、支持部材25の+X側の端面の+Y側端部近傍にその一面が固定されている。ロッド部材231の棒状部材431は、一端がジョイント部材441に固定され、他端がジョイント部材451に固定されている。この場合、棒状部材431は、平面視においてY軸と平行となるように配置されるとともに、Y軸方向から見て、Z軸に対して所定角度傾いた状態で配置されている(図5(A)において、ロッド部材231は、ロッド部材233の紙面奥側に隠れている)。

0038

ロッド部材233は、平面視において支持部材25の中心を通るXZ平面に平行な面に関して対称ではあるが、上記ロッド部材231と同様に構成されている。

0039

ロッド部材232のジョイント部材442は、図4に示されるように、ジョイント部材441の−X側に配置され、下面がスライダ22上面に固定されている。ロッド部材232のジョイント部材452は、一方(+X側)の突出部25bの+X側面に固定されている。ロッド部材232の棒状部材432は、一端がジョイント部材442に固定され、他端がジョイント部材452に固定されている。この場合、棒状部材432は、平面視においてY軸に対して所定角度傾いて配置されると共に、図5(A)に示されるように、正面視においてZ軸に対して所定角度傾いて配置され、さらに図5(B)に示されるように、側面視において、Z軸に対して所定角度傾いて配置されている。

0040

すなわち、ロッド部材231〜233それぞれは、図4に示されるように、平面視においてロッド部材231とロッド部材232とが一部重なり、図5(A)に示されるように、正面視においてロッド部材231及びロッド部材233とロッド部材232とが一部重なり、図5(B)に示されるように、側面視においてロッド部材231とロッド部材232とが一部重なるように配置されている。

0041

なお、上述の通り、ロッド部材241〜243は、支持部材25の中心を通るYZ平面に平行な面に関してロッド部材231〜233とは対称に配置されているが、同様に構成されている。すなわち、ロッド部材24i(i=1〜3)は、棒状部材48i、直方体部材から成るジョイント部材46i及び47iを、有している。そして、棒状部材48i及びジョイント部材46i及び47iのそれぞれは、支持部材25の中心を通るYZ平面に平行な面に関して、棒状部材43i及びジョイント部材44i及び45iのそれぞれと対称に配置されている。

0042

本実施形態では、上述のようにして構成された6本のロッド部材231〜233、241〜243により、支持部材25は、スライダ22に対して6自由度方向(X、Y、Z、θx、θy、θz方向)の移動が制限された状態で拘束されている。すなわち、6本のロッド部材231〜233、241〜243によって、支持部材25を、スライダ22上で過不足なく(過拘束なく、かつ拘束条件の不足なく)支持(キネマティック支持)されている。

0043

ここで、本実施形態では、ロッド部材231〜233、241〜243の固定部であるジョイント部材441〜443、451〜453、461〜463、471〜473は、それぞれの固定対象(スライダ22及び支持部材25)と面接触で固定されている。そのため、厳密にはキネマティック拘束とならない。しかし、棒状部材431〜433、441〜443それぞれの長手方向に関する圧縮及び引っ張りに対する剛性が高いのに対し、長手方向に直交する方向に関する曲げ等に対しては、比較的剛性が低くなるよう構成されている。このため、支持部材25は、スライダ22に対して6本のロッド部材231〜233、241〜243を介して実質的にキネマティックに支持されていると言える。

0044

フレーム26は、図4に示されるように、前述の支持部材本体25a上面の中央に位置する矩形部37と、該矩形部37の4隅からX軸及びY軸に対して45度を成す方向に放射状に延設された4つの棒状部27とから成る平面視X状(十字状)のXフレーム部材28を有している。フレーム26は、さらに、Xフレーム部材28の矩形部37の+Y側に位置する一対の棒状部27の端部同士、及び矩形部37の−Y側に位置する一対の棒状部27の端部同士を、それぞれ連結する一対の連結部材29を有している。

0045

矩形部37は、前述の第1凹部34より一回り小さい平面視八角形状(略矩形状)の形状を有し、その中央部に円形開口36が形成されている。

0046

4本の棒状部27の幅は、支持部材25上面に形成された4本の第2凹部35の幅に比べ幾分小さく設定されている。

0047

フレーム26は、図5(A)に示されるように、Xフレーム部材28の4本の棒状部27の先端部の下面が、Z軸方向に延びる4本の支持部49のそれぞれで支持されることで、スライダ22の上面に対して所定の隙間を設けた状態でスライダ22上に搭載されている。Xフレーム部材28の高さ(Z軸方向の厚み)は、第1凹部34及び第2凹部35の深さよりも幾分小さく設定されている。また、Xフレーム部材28は、4本の棒状部27の先端部の一部を除く残りの部分(図4に示される、平面視においてXフレーム部材28と支持部材25とが重なる部分)の上面が支持部材25上面よりも幾分下方に位置する状態で、支持部材25上面に形成されたX状凹部33内に非接触で収納されている。このため、支持部材25のX状凹部33内にフレーム26のXフレーム部材28が収納された状態(ステージ本体81が組み立てられた状態)で、支持部材25上面にウエハテーブルWTBが固定された際、図5(B)に示されるように、ウエハテーブルWTBとフレーム26(Xフレーム部材28)とは非接触状態が維持されるようになっている。

0048

これまでの説明から明らかなように、本実施形態では、スライダ22と支持部材25との間及びスライダ22とフレーム26との間には、図5(A)に示されるように、Y軸方向に貫通した空間39が形成されている。

0049

一対の連結部材29それぞれは、図4示されるように、X軸方向に延設された棒状部材から成り、図5(A)に−Y側の連結部材29を代表的に取り上げて示されるように、両端部に比べ中央部が幾分凹んだのような形状を有している。一対の連結部材29それぞれの中央部下面は、XY平面に平行な平面度の高い面に仕上げられている。

0050

一対の連結部材29それぞれの下面は、対応する支持部材25の一対の縁部25c上面に対して僅かな隙間(例えば10μm)を介して非接触で対向するよう配置されている。一対の連結部材29と一対の縁部25cとは、組み立ての際に例えばシム(shim)を挟んで組み立てることで、所定の隙間を介して対向するように位置決めされている。

0051

このため、ウエハステージWSTの駆動時等、外乱によって支持部材25が振動した際、振動する薄板部である一対の縁部25cとこれに近接している固定表面、すなわち一対の連結部材29の下面との間の隙間(Z方向距離)が変化(増減)する。そのため、縁部25cと連結部材29の下面との間の粘性空気の流動及び圧縮により、縁部25cに対し抵抗力が発生し、縁部25cの振動(高周波振動)が減衰される。すなわち、空気スクイズフィルムダンピング効果により、支持部材25の振動が減衰される。このように本実施形態では、一対の連結部材29によって、縁部25cを介して支持部材25の振動を減衰するスクイズフィルムダンパ(以下、適宜、スクイズダンパとも称する)が構成されている。

0052

フレーム26には、図4に示されるように、ウエハセンター支持部材(以下、センター支持部材と略記する)150が設けられている。センター支持部材150は、後述するウエハホルダWH(図2参照)上にウエハWを載置する際、又はウエハホルダWH上からウエハWを搬出する際に使用される。

0053

センター支持部材150は、Xフレーム部材28の矩形部37に形成された円形開口36内に、先端部の一部を除く殆どの部分が配置されている。センター支持部材150は、平面視Y状の台座部材146の3つの先端部の上面にそれぞれ固定された3本の上下動ピン140と、台座部材146の裏面(下面)の中心部に一端が固定された上下動軸(不図示)とを有する。台座部材146の上面には、平面視矩形の板部材141が固定されている。3本の上下動ピン140は、ウエハテーブルWTB及びウエハホルダWHに形成された不図示の孔に挿入され、上面がウエハホルダWHの上面の上方に位置する第1位置とウエハホルダWHの上面の下方に位置する第2位置との間で上下方向に移動可能である。

0054

3本の上下動ピン140それぞれの上面(先端面)には、真空吸引用吸引口(不図示)が形成され、その吸引口は、上下動ピン140(及び台座部材146)の内部に形成された管路及び不図示の真空配管を介して真空ポンプ(不図示)に連通されている。センター支持部材150は、台座部材146に固定された不図示の上下動軸を介して駆動装置142(図10参照)によって、上下方向に駆動される。

0055

ここで、3本の上下動ピン140(センター支持部材150)の基準位置からのZ軸方向の変位は、例えば駆動装置142に設けられたエンコーダシステム等の変位センサ145(図10参照)によって検出されている。主制御装置20は、変位センサ145の計測値に基づいて、駆動装置142を介して3本の上下動ピン140(センター支持部材150)を上下方向に駆動する。

0056

ステージ本体81の上面には、図1に示されるように、ウエハテーブルWTBが配置されている。ウエハテーブルWTBは、前述した支持部材25の上面にボルトなどを介して固定されている。この固定状態では、ウエハテーブルWTBは、フレーム26、4本の支持部49、及びスライダ22に対して非接触な状態となっている。このため、本実施形態では、フレーム26、4本の支持部49及びスライダ22の素材として、支持部材25などと同じ低熱膨張率の素材ではなく、軽量かつ高剛性の素材、例えば炭化ホウ素セラミックス等が用いられている。

0057

ウエハテーブルWTBは、低熱膨張率の素材、特に、熱膨張力の違いにより熱応力変形が生じないように、支持部材25などと同じ熱膨張率の素材が用いられている。ウエハテーブルWTBの上面の中央には、バキュームチャック(又は静電チャック)などを有するウエハホルダWH(図1では不図示、図2参照)を介して、ウエハWが真空吸着等によって固定されている。ウエハホルダWHはウエハテーブルWTBと一体に形成しても良いが、本実施形態ではウエハホルダWHとウエハテーブルWTBとを別々に構成し、例えば真空吸着などによってウエハホルダWHをウエハテーブルWTB上に固定している。なお、不図示であるが、ウエハテーブルWTB及びウエハホルダWHには、上述の3本の上下動ピン140に対応する位置に不図示の孔が形成され、その孔を介して上下動ピン140がウエハテーブルWTB及びウエハホルダWHに対して上下動される。また、ウエハテーブルWTBの上面には、図2に示されるように、+Y側の端部近傍に、計測プレート基準マーク板とも呼ばれる)30が設けられている。この計測プレート30には、ウエハテーブルWTBのセンターラインCLと一致する中心位置に第1基準マークFMが設けられ、該第1基準マークFMを挟むように一対のレチクルアライメント用の第2基準マークRMが設けられている。

0058

ウエハテーブルWTBの−Y端面,−X端面には、それぞれ鏡面加工が施され、図2に示される反射面17a,反射面17bが形成されている。

0059

ステージ本体81の+X側面には、図3に示されるように、後述する第2ステージ部材42に支持された配管類及び配線類が一体化された用力供給用のチューブ31の一端が接続されている。チューブ31の他端は、チューブキャリアTCに接続されている。チューブキャリアTCは、用力供給装置72(図10参照)から供給された電力(電流)、圧縮空気及び真空、冷媒などの用力を、チューブ31を介してウエハステージWST(ステージ本体81及び第2ステージ部材42等)に供給するものである。チューブキャリアTCは、リニアモータから成るキャリア駆動系32(図10参照)によりY軸方向に駆動される。キャリア駆動系32のリニアモータの固定子は、ベース盤12の+X端部の一部に、図3に示されるように、一体的に設けられていても良いし、ベース盤12とは分離してベース盤12の+X側に、Y軸方向を長手方向として設置しても良い。ベース盤12と分離して配置すると、チューブキャリアTCの駆動によって発生する反力がウエハステージWSTに及ぼす影響を少なくすることができる。

0060

チューブキャリアTCは、主制御装置20によって、キャリア駆動系32を介してウエハステージWSTに追従してY軸方向へ駆動されるが、チューブキャリアTCのY軸方向への駆動は、ウエハステージWSTのY軸方向の駆動に厳密に追従する必要はなく、ある許容範囲内で追従していれば良い。

0061

第2ステージ装置60は、チューブ31からの外乱によりウエハステージWST(ウエハW)の位置決め精度が悪化するのを防止するために設けられている。第2ステージ装置60は、図1及び図2等に示されるように、ステージ本体81の+X側面の中央部に設けられている。

0062

第2ステージ装置60は、図7(A)及び図7(B)に示されるように、ステージ本体81の+X側の面から+X側に張り出した第2ステージベース(以下、第2ベースと略記する)61、第2ベース61上に搭載されたチューブクランプ用の第2ステージ部材42、第2ステージ部材42を第2ベース61に対して駆動する駆動系、及び第2ステージ部材42と第2ベース61との相対位置、すなわち第2ベース61上の所定点を基準とした、第2ステージ部材42のXY平面内の位置(ΔX、ΔY、Δθz)を計測する計測系等を備えている。

0063

第2ベース61は、XY平面に平行な上面及び下面を有する直方体状の形状を有し、ステージ本体81の+X側面の中央部に設けられている。第2ベース61は、ステージ本体81と一体成形されていても良いが、ここでは、ステージ本体81に固定された直方体部材から成るものとする。第2ベース61の内部には、+X側半部の上端面の近傍に、不図示の磁石(永久磁石)が複数、XY平面内で2次元配置されている。第2ベース61の上端面は、第2ステージ部材42のガイド面(移動面)となっている。

0064

第2ステージ部材42は、第2ベース61上に非接触で搭載されたスライダ部材(第2ステージ本体)62と、スライダ部材62上面に固定されたチューブ固定部材63と、を有する。

0065

スライダ部材62は、X軸方向の長さが第2ベース61のほぼ1/2でかつY軸方向の長さが第2ベース61より幾分短い板部材から成り、第2ベース61上面の+X側半部のY軸方向中央部に配置されている。

0066

スライダ部材62には、チューブ31の一部を構成する1つの配管が接続されており、該配管を介して気体供給装置94(図10参照)から供給された加圧気体(例えば圧縮空気)が、スライダ部材62の下面(底面)に形成された不図示の供給口から第2ベース61に向かって噴出されるようになっている。

0067

また、スライダ部材62は、少なくとも下面側の部分(又は全体)が、磁性体部材によって形成されている。このため、スライダ部材62は、第2ベース61内部の不図示の磁石によって磁気的に吸引されている。すなわち、スライダ部材62と第2ベース61との間には、第2ベース61上面をガイド面(移動面)とする磁気予圧型の空気静圧軸受エアベアリング)が構成されている。この空気静圧軸受により、スライダ部材62は、第2ベース61の上面(ガイド面)上に浮上支持されている。

0068

気体供給装置94から供給される圧縮空気の流量等は、磁気的吸引力と、スライダ部材62と第2ベース61との間(軸受隙間)の圧縮空気の静圧、すなわち隙間内圧力とのバランスにより、軸受隙間が所望の寸法となりかつ十分な剛性が確保されるように、主制御装置20(図10参照)によって制御されている。

0069

なお、本実施形態では、スライダ部材62と第2ベース61との間に、磁気予圧型の空気静圧軸受が構成されるものとしたが、これに限らず、例えば、真空予圧型の空気静圧軸受を構成しても良い。真空予圧型の空気静圧軸受を構成する場合は、例えば、スライダ部材62の下面で、且つ圧縮空気噴出用の不図示の供給口に干渉しない位置に、更に開口(空間)を形成し、その空間内をバキューム装置等を介して負圧とすれば良い。

0070

チューブ固定部材63は、スライダ部材62の上面の+X側半部に固定された直方体部材から成り、所定の高さ(後述する固定子部66よりも幾分高い高さ)を有している。チューブ固定部材63の上端部近傍には、X軸方向に貫通する貫通孔68がY軸方向のほぼ全域にかけて形成されている。貫通孔68内には、ステージ本体81の+X側面に一端が固定された前述のチューブ31が挿入されている。チューブ31の他端は、チューブキャリアTCに接続されている。

0071

本実施形態では、チューブ31と貫通孔68とは、例えば、実質的に締まり嵌めとなっており、貫通孔68内に挿入されたチューブ31の一端は、チューブ固定部材63より−X側の部分がある程度撓んだ状態でステージ本体81の側面に固定されている。このため、例えばチューブキャリアTCによってチューブ31が駆動され、その駆動力の一部が外乱となってチューブ31からウエハステージWSTに加わる場合であっても、その外乱は、チューブ固定部材63を介してスライダ部材62(第2ステージ部材42)に加わる。そのため、第2ステージ部材42の第2ベース61上での自由な運動(移動)が許容されている間は、ステージ本体81は、殆ど影響を受けない。

0072

図7(A)及び図7(B)に示されるように、第2ベース61の上面の−X側端部には、固定子部66が固定されている。固定子部66は、+X方向から見てY軸方向に細長い矩形の枠部材から成る固定子取付け部材44と、固定子取付け部材44の上壁部及び底壁部それぞれの内面に、それぞれ固定された一対の磁石ユニットMUbとを有する。固定子部66に形成された中空部69内には、直方体状の可動子部65の一端部が挿入されている。

0073

可動子部65は、筐体52と、該筐体52の内部のX軸方向一端部に収納されたコイルユニットCUb(図8参照)と、を有する。コイルユニットCUbは、一対の磁石ユニットMUbに対応する位置に配置されている。また、可動子部65のX軸方向他端部下面は、スライダ部材62上面の−X側半部に固定されている。コイルユニットCUbと、コイルユニットCUbを上下で挟む一対の磁石ユニットMUbとによって、ボイスコイルモータMb(図8参照)が構成されている。以下、ボイスコイルモータMbについて説明する。

0074

図8には、第2ベース61上面に配置された固定子部66と、可動子部65とが示されている。ここで、固定子部66は、仮想線で示されている。コイルユニットCUbは、図8に示されるように、可動子部65の筐体52内部の−X側端部のY軸方向中央部に設けられたX軸方向を長手方向とする平面視矩形状の1つのYコイル(以下、適宜「コイル」と呼ぶ)56aと、コイル56aのY軸方向の一側と他側にそれぞれ配置されたY軸方向を長手方向とする平面視矩形状の2つのXコイル(以下、適宜「コイル」と呼ぶ)55a,57aとを含む。

0075

一対の磁石ユニットMUbは、固定子部66の固定子取付け部材44の上壁部及び底壁部それぞれの内面におけるY軸方向の中央部にY軸方向に並べて配置されたX軸方向を長手方向とする平面視長方形の各一対(上壁部及び底壁部合わせて2対)の永久磁石56bと、これらの永久磁石56bのY軸方向の一側と他側にそれぞれX軸方向に並べて配置された各一対(上壁部及び底壁部合わせて各2対)のY軸方向を長手方向とする平面視長方形の永久磁石55b,57bと、を含む。

0076

なお、図8には、一対の磁石ユニットMUbのうち、固定子取付け部材44の上壁部に固定された磁石ユニットMUbのみが示されているが、固定子取付け部材44の底壁部に固定された磁石ユニットMUbも同様に構成されている。各二対の永久磁石55b,56b,57bは、対を成す一方と他方との磁極の向きが互いに逆に設定されている。そして、一対の磁石ユニットMUb(各一対の永久磁石55b,57b,56b)のそれぞれは、コイルユニットCUb(コイル55a,57a,56a)の+Z側又は−Z側の面に対向している。

0077

上述の構成の可動子部65と固定子部66とにより、固定子部66(第2ベース61)に対して可動子部65(第2ステージ部材42)をX軸方向、Y軸方向、及びθz方向に駆動する3軸のボイスコイルモータMbが構成される。この場合、厳密に言うと、上下一対の永久磁石55b,56b,57bのそれぞれと、コイル55a,56a,57aのそれぞれとによって、3つのボイスコイルモータが構成されるが、説明の便宜上、その3つのボイスコイルモータの全体を1つのボイスコイルモータMbとみなしている。θz方向の駆動は、+Y側及び−Y側に配置された、X軸方向に駆動力を発生する2つのボイスコイルモータの駆動力を異ならせることによって行われる。なお、ボイスコイルモータMbは、主制御装置20によって、コイルユニットCUbを構成する各コイルに供給される電流の大きさ及び方向が制御されることによりX軸方向及びY軸方向の駆動力が制御される(図10参照)。

0078

ボイスコイルモータMbによる第2ステージ部材42の駆動中心(駆動力の作用点)は、Z軸方向に関してウエハステージWST全体の重心(高さ位置)と一致している。また、その駆動中心は、X軸方向に関しても、ウエハステージWST全体の重心と一致する位置(又はその近傍の位置)に設定されている。ここで、平面モータ51AによるウエハステージWSTの駆動中心が、X軸方向(及びY軸方向)に関してウエハステージWSTの重心と一致している。このため、X軸方向に関しては、ボイスコイルモータMbによる第2ステージ部材42の駆動中心は、平面モータ51AによるウエハステージWSTの駆動中心と一致している。

0079

なお、ボイスコイルモータMbに代えて、例えば米国特許出願公開第2010/0073653号明細書に開示される微動ステージ駆動系と同様の2段(あるいは多段)構成のボイスコイルモータ(又はリニアモータ)を採用しても良い。かかる場合には、第2ステージ部材42を、θy方向を除く、5自由度方向(X軸、Y軸、Z軸、θz、θxの各方向)に微小駆動することが可能になる。特に、上下一対のXZコイル及びこれらに上下で対向する複数の永久磁石、及び/又は上下一対のYZコイル及びこれらに上下で対向する複数の永久磁石を、X軸方向に一対並べて配置することで、第2ステージ部材42を、6自由度方向に駆動することが可能になる。

0080

また、第2ステージ装置60は、図10に示されるように、第2ステージ位置計測系(以下、第2ステージ計測系と略記する)19を備えている。第2ステージ計測系19は、第2ベース61上の所定点を基準とする第2ステージ部材42のX軸方向及びY軸方向の位置、並びにθz方向の回転量(位置情報)を計測する。

0081

第2ステージ計測系19は、図7(A)及び図7(B)に示されるように、第2ベース61上面のY軸方向の両端部及び+X側端部にそれぞれ設けられた一対のXスケール74X1、74X2及びYスケール74Yと、Xスケール74X1、74X2及びYスケール74Yにそれぞれ対向して、スライダ部材62のY軸方向両端面及び+X側面にそれぞれ固定されたXヘッド73X1、73X2(Xヘッド73X2は、紙面内奥側に隠れているため不図示)及びYヘッド73Yと、を備えている。

0082

Xスケール74X1、74X2は、X軸方向を周期方向とする反射型回折格子(X回折格子)が上面に形成され、Yスケール74Yは、Y軸方向を周期方向とする反射型回折格子(Y回折格子)が上面に形成されている。X回折格子及びY回折格子の格子線のピッチは、不図示であるが、例えば1μmと設定されている。

0083

Xヘッド73X1、73X2と、Xスケール74X1、74X2とにより、X軸方向を計測方向とするXエンコーダ(以下では、Xヘッド73X1、73X2と同じ符号を用いて、Xエンコーダ73X1、73X2と称する)が構成されている。同様に、Yヘッド73YとYスケール74Yとにより、Y軸方向を計測方向とするYエンコーダ(以下では、Yヘッド73Yと同じ符号を用いて、Yエンコーダ73Yと称する)が構成されている。Xエンコーダ73X1、73X2及びYエンコーダ73Yそれぞれの計測結果は、主制御装置20(図10参照)に送られる。なお、主制御装置20は、一対のXエンコーダ73X1、73X2の計測結果に基づき、第2ベース61上の所定点、具体的には、Xスケール74X1、74X2の長手方向の中心を結ぶ直線(Y軸に平行な直線)と、Yスケール74Yの長手方向の中心を通るX軸に平行な直線との交点、を基準とする第2ステージ部材42のX軸方向の位置、及びθz方向の回転量を算出する。なお、本実施形態では、Xスケール74X1、74X2は、Yスケール74Yの長手方向の中心を通るX軸に平行な直線に関して対称に配置されている。

0084

また、主制御装置20は、Yエンコーダ73Yの計測結果に基づき、第2ベース61上の上記所定点を基準とする第2ステージ部材42のY軸方向の位置を算出する。なお、各エンコーダに代えて、例えば干渉計又は、静電容量センサ等を用いて、第2ベース61と第2ステージ部材42との位置関係を計測しても良い。

0085

次に、ウエハステージWSTの位置計測を行う位置計測システム70(図10参照)について説明する。

0086

位置計測システム70は、ウエハステージWSTが投影光学系PL近傍に位置しているとき(すなわちウエハアライメント時及びステップ・アンド・スキャン方式の露光動作時など)に使用されるエンコーダシステム73と、ローディングポジション等のエンコーダシステム73の計測範囲外に位置したときに使用される干渉計システム78とを含む。

0087

エンコーダシステム73は、図1に示されるように、ウエハステージWSTが投影光学系PLの下方に配置された状態で、ウエハステージ内部の空間39内に挿入される計測部材計測アーム71)を備えている。計測アーム71は、メインフレームBDに支持部材76を介して片持ち支持(一端部近傍が支持)されている。なお、計測部材は、ウエハステージWSTの移動の妨げにならない構成を採用する場合には、片持ち支持に限らず、その長手方向の両端部で支持されても良い。

0088

計測アーム71は、先端の内部に後述するエンコーダヘッド(光学系)を備えている。計測アーム71は、Y軸方向を長手方向とする長方形断面を有する中空の柱状の部材から成る。

0089

計測アーム71は、中空でかつ基端部が幅広になっている(図3参照)。また、計測アーム71の中空部内に後述するエンコーダヘッドとの間で光(計測ビーム)を伝送する送光側(光源側)及び受光側(ディテクタ側)の光ファイバなどが通されている。なお、計測アーム71は、光ファイバなどが通される部分のみが、中空であり、他の部分は中実な部材によって形成されていても良い。

0090

前述したようにウエハステージWSTが投影光学系PLの下方に配置された状態では、計測アーム71は、先端部がステージ本体81の空間39内に挿入され、図1に示されるように、その上面が支持部材25の下面に設けられたグレーティングRGに対向する。計測アーム71の上面は、支持部材25の下面との間に所定の隙間(ギャップ、クリアランス)、例えば数mm程度の隙間が形成された状態で、支持部材25下面とほぼ平行に配置される。なお、計測アーム71の上面と支持部材25の下面との間の隙間は、数mm以上でも以下でも良い。

0091

エンコーダシステム73は、一例として、図10に示されるように、ウエハテーブルWTBのY軸方向及びZ軸方向の位置を、それぞれ計測する一対のYZエンコーダ73a、73bと、ウエハテーブルWTBのX軸方向及びZ軸方向の位置を計測するXZエンコーダ73cとを含む。

0092

一対のYZエンコーダ73a、73bのそれぞれは、計測アーム71の内部に収納された、Y軸方向及びZ軸方向を計測方向とする2次元ヘッドを備え、XZエンコーダ73cは、計測アーム71の内部に収納された、X軸方向及びZ軸方向を計測方向とする2次元ヘッドを備えている。以下では、便宜上、YZエンコーダ73a、73b及びXZエンコーダ73cのそれぞれが備える2次元ヘッドを、それぞれのエンコーダと同一の符号を用いてYZヘッド73a、73b、XZヘッド73cと表記する。

0093

一対のYZヘッド73a、73bの計測点検出点)は、例えば、ウエハWに照射される照明光ILの照射領域(露光領域)IAの中心である露光位置の直下の点からX軸方向に同一距離離れた点にそれぞれ設定されている。また、XZヘッド73cは、例えばその露光位置の直下の点からY軸方向に所定距離離れた点に設定されている。

0094

これらYZヘッド73a、73b及びXZヘッド73cのそれぞれとしては、例えば米国特許第7,561,280号明細書に開示される変位計測センサヘッドと同様の構成のエンコーダヘッド(以下、適宜、ヘッドと略記する)を用いることができる。

0095

エンコーダシステム73のエンコーダ73a,73b,73cの出力は、主制御装置20に供給される(図10参照)。ここで、エンコーダシステム73の出力が主制御装置20に供給されているとき、主制御装置20は、エンコーダ73a,73bの計測値に基づいて、ウエハテーブルWTBのY位置及びθz回転、θy回転を求め、エンコーダ73cの計測値に基づいて、ウエハテーブルWTBのX位置を求め、エンコーダ73a又は73bと、エンコーダ73cとの計測値に基づいて、ウエハテーブルWTBのθx回転を求める。このようにして、主制御装置20によって、エンコーダシステム73を用いてウエハテーブルの6自由度方向の位置計測が行われる。

0096

なお、エンコーダシステム73の構成は、これに限られるものではない。例えば、エンコーダヘッドの組み合わせとしては、一次元ヘッド、2次元ヘッド、3次元ヘッドなどの適宜の組み合わせを採用することができ、要は、X軸方向及びY軸方向の計測値が合計で少なくとも3つ、Z軸方向の計測値が合計で少なくとも3つ取得出来れば良い。この他、例えば米国特許出願公開第2010/0296071号明細書に開示される計測アームと同様に、Z軸方向の位置を計測する複数のレーザ干渉計と、複数の2次元エンコーダ(XYエンコーダ)又は1次元エンコーダ(Xエンコーダ、Yエンコーダ)とを組み合わせて、エンコーダシステム73を構成しても良い。

0097

この一方、ウエハステージWSTがエンコーダシステム73の計測領域外にあるときには、ウエハステージWSTの位置情報は、主制御装置20により、干渉計システム78(図10参照)を用いて計測される。

0098

干渉計システム78は、ウエハステージWSTの位置情報を計測する複数の干渉計、具体的には、図3に示されているY干渉計16及び3つのX干渉計136、137、138等を含む。本実施形態では、上記各干渉計としては、一部を除いて、測長軸を複数有する多軸干渉計が用いられている。

0099

Y干渉計16は、図1及び図3に示されるように、投影光学系PLの投影中心(光軸AX、本実施形態では前述の露光領域IAの中心とも一致)を通るY軸に平行な直線(以下、基準軸と呼ぶ)LVから同一距離−X側,+X側に離れた光路をそれぞれ通る測長ビームB41,B42、及び測長ビームB41,B42から−Z方向に離間し、かつ基準軸LV上を通る測長ビームB3を含む少なくとも3本のY軸方向の測長ビームを、ウエハテーブルWTBの反射面17aに照射し、それぞれの反射光を受光する。

0100

X干渉計136は、投影光学系PLの光軸を通るX軸方向の直線(基準軸)LHから同一距離+Y側,−Y側に離れた光路をそれぞれ通る測長ビームB51,B52を含む少なくとも3本のX軸方向の測長ビームをウエハテーブルWTBの反射面17bに照射し、それぞれの反射光を受光する。

0101

X干渉計137は、後述するアライメント検出系ALG検出中心を通るX軸に平行な直線LAを通る測長ビームB6を含む少なくとも2本のX軸方向の測長ビームをウエハテーブルWTBの反射面17bに照射し、それぞれの反射光を受光する。

0102

X干渉計138は、ウエハのロードが行われるローディングポジションLPを通るX軸に平行な直線LULに沿って測長ビームB7をウエハテーブルWTBの反射面17bに照射し、その反射光を受光する。

0103

干渉計システム78の上記各干渉計の計測値(位置情報の計測結果)は、主制御装置20に供給されている(図10参照)。主制御装置20は、Y干渉計16の計測値に基づいて、ウエハテーブルWTBのY軸方向、θx方向及びθz方向に関する位置情報を求める。また、主制御装置20は、X干渉計136、137及び138のいずれかの計測値に基づいてウエハテーブルWTBのX軸方向に関する位置情報を求める。また、主制御装置20は、X干渉計136の計測値に基づいて、ウエハテーブルWTBのθy方向に関する位置情報を求める。なお、主制御装置20は、X干渉計136の計測値に基づいてウエハテーブルWTBのθz方向に関する位置情報を求めることとしても良い。

0104

この他、干渉計システム78は、Z軸方向に離間した一対のY軸に平行な測長ビームを、ステージ本体81の−Y側の面に固定された移動鏡(不図示)の上下一対の反射面をそれぞれ介して一対の固定鏡(不図示)に照射し、その一対の固定鏡からの上記反射面を介した戻り光を受光する、基準軸LVから同一距離−X側,+X側に離れて配置された一対のZ干渉計を備えていても良い。この一対のZ干渉計の計測値に基づいて、主制御装置20は、Z軸、θy、θzの各方向を含む少なくとも3自由度方向に関するウエハステージWSTの位置情報求めることができる。

0105

なお、干渉計システム78の詳細な構成、及び計測方法の詳細の一例については、例えば米国特許出願公開第2008/0106722号明細書などに詳細に開示されている。

0106

なお、エンコーダシステム73の計測領域外のウエハステージWSTの位置情報を計測するために、本実施形態では干渉計システムを用いたが、別の手段を用いても良い。例えば、米国特許出願公開第2010/0297562号明細書に記載されているようなエンコーダシステムを使用することも可能である。この場合、例えば、ウエハテーブルWTBに2次元スケールを配置し、メインフレームBDの下面にエンコーダヘッドを取り付けても良い。

0107

露光装置10では、さらに、図1に示されるように、投影光学系PLの鏡筒40の下端部側面に、前述の第1基準マークFM及びウエハW上のアライメントマークを検出するアライメント検出系ALGが設けられている。アライメント検出系ALGとしては、例えば、ウエハ上のレジストを感光させないブロードバンド検出光束対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標(各アライメント検出系内に設けられた指標板上の指標パターン)の像とを撮像素子(CCD等)を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のFIA(Field Image Alignment)系が用いられている。アライメント検出系ALGからの撮像信号は、主制御装置20に供給されるようになっている(図10参照)。

0108

なお、アライメント検出系ALGに代えて、例えば米国特許出願公開第2009/0233234号明細書に開示されている5つのアライメント検出系を備えたアライメント装置を設けても良い。

0109

この他、露光装置10では、投影光学系PLの近傍には、ウエハWの表面に複数の計測ビームを照射する照射系54aと、それぞれの反射ビームを受光する受光系54bとを有する多点焦点位置検出系(以下、多点AF系と称する)54(図10参照)が設けられている。多点AF系54の詳細構成については、例えば米国特許第5,448,332号明細書等に開示されている。

0110

図1では不図示であるが、レチクルRの上方に、レチクルR上の一対のレチクルアライメントマークと、これに対応するウエハテーブルWTB上の計測プレート30上の一対の第2基準マークRMの投影光学系PLを介した像とを同時に観察するための露光波長を用いたTTR(Through The Reticle)方式の一対のレチクルアライメント検出系14(図10参照)が配置されている。この一対のレチクルアライメント検出系14の検出信号は、主制御装置20に供給されるようになっている。

0111

ここで、説明は前後するが、ステージ制御系の一部を成し、ウエハステージWST及び第2ステージ部材42の駆動を制御する第1制御系59について説明する。ここでは、一例として、第1制御系59は、XY平面内の3自由度方向(X、Y、θz)に関して、ウエハステージWST及び第2ステージ部材42の駆動を制御するものとする。

0112

図9には、第1制御系59の構成が、その制御対象とともにブロック図にて示されている。第1制御系59は、生成された目標軌道を用いて、ウエハステージWSTと第2ステージ部材42とを駆動する。第1制御系59は、主制御装置20内に構築されている。

0113

第1制御系59は、第1の2自由度制御系100と、第2の2自由度制御系200と、後述する第2の平面モータフィードフォワード制御部500と、を備えている。

0114

第1の2自由度制御系100は、ウエハステージWSTを駆動制御するための制御系である。第1の2自由度制御系100は、2つの異なる制御特性を独立に設定することができるように第1の平面モータフィードフォワード制御部102と、平面モータフィードバック制御部103とを有している。なお、以下では、フィードバック制御部をFF制御部と略記し、フィードバック制御部をFB制御部と略記する。

0115

第1の2自由度制御系100は、さらに、軌道生成部101、加算器105、108、及び減算器106、107、並びに変換ゲイン109等を有している。

0116

第2の2自由度制御系200は、第2ステージ部材42の駆動(ウエハステージWSTに対する位置を維持するサーボ駆動を含む)を制御するための制御系である。第2の2自由度制御系200は、第1の2自由度制御系100と同様、2つの異なる制御特性を独立に設定することができるようにVCMFF制御部202と、VCMFB制御部203とを有している。第2の2自由度制御系200は、さらに、目標値出力部201、加算器205、207、及び減算器206、208、209、並びに変換ゲイン210を有している。

0117

まず、第1の2自由度制御系100について説明する。

0118

軌道生成部101には、ウエハステージWSTの移動開始点のXY平面内の3自由度方向(X、Y、θz)の位置情報と、移動終了点のXY平面内の3自由度方向の位置情報とが入力される。移動開始点は、ウエハステージWSTの現在の位置を表し、移動終了点は、ウエハステージWSTを移動させる先である目標位置を表す。ここで、θz方向は、常にが目標軌道となる。本実施形態では、平面モータ51AによるX、Y、θz方向に関するウエハステージWSTの駆動中心は、その重心に一致しているものとする。この場合、X、Y、θzのいずれの方向に対しても、同様の説明が成り立つので、以下では、代表的にウエハステージWSTをY軸方向に駆動する制御系について説明する。

0119

軌道生成部101は、入力された移動開始点及び移動終了点に基づいて、ウエハステージWSTを移動開始点から移動終了点まで移動させるための目標軌道を生成する。目標軌道は、例えば各時刻「t」に対応付けられたウエハステージWSTの位置Y(t)を所定周期(Trとする)でサンプリングしたデータとすることができる。また、軌道生成部101は、位置のデータだけではなく、速度、加速度加加速度ジャーク、jerk)等、可制御正準形の全状態についてのデータそれぞれに関する目標軌道Ysdesiredを生成する。

0120

第1の平面モータFF制御部102は、軌道生成部101における1サンプリング周期Trに対応した時間だけ先の全状態に関する上記の目標軌道を入力として、ウエハステージWSTのY座標位置を完全追従制御(例えば、特開2001−325005号公報や論文マルチレートフィードフォワード制御を用いた完全追従法」(本博志他、計測自動制御学論文集36巻、9号、pp766−772、2000年)を参照)に基づいてフィードフォワード制御する。

0121

具体的には、第1の平面モータFF制御部102は、制御対象301(ウエハステージWST)の制御特性を再現した制御モデルと逆の応答を示す(入出力が逆の関係となる)逆システムを保持(記憶)しており、この逆システムを用いることにより、平面モータ51Aを駆動するための駆動信号(力命令信号)Fcomを生成する。この駆動信号Fcomは、制御対象301に対する第1の平面モータFF制御部102からの操作量となる。なお、第1の平面モータFF制御部102は、入力を上記のサンプリング周期Trで取り込み、生成した駆動信号Fcomを所定のサンプリング周期(Tuとする)で出力するものとする。

0122

平面モータFB制御部103には、減算器106の計算結果が入力される。減算器106の計算結果は、軌道生成部101で生成される前述の目標軌道YsdesiredとウエハステージWSTのY位置(位置計測システム70のエンコーダシステム73(又は干渉計システム78)により得られるY位置Ys)との差分(位置偏差)Yserrである。

0123

平面モータFB制御部103は、減算器106の出力、即ち目標軌道Ysdesiredを基準としたウエハステージWSTのY位置の誤差(位置偏差)Yserrに基づいて、ウエハステージWSTのY座標位置をフィードバック制御する。具体的には、平面モータFB制御部103は、上記位置偏差Yserrがゼロとなるように、平面モータ51Aを駆動するための駆動信号(力命令信号)F’comを生成する。この駆動信号は、制御対象301に対する平面モータFB制御部103からの操作量となる。なお、ウエハステージWSTのY位置の読み取りは所定のサンプリング周期(Tyとする)で行われ、また、平面モータFB制御部103は、入力を所定のサンプリング周期Tyで取り込み、生成した駆動信号を所定のサンプリング周期Tuで出力するものとする。

0124

第1の平面モータFF制御部102からの操作量、すなわち駆動信号Fcomと、平面モータFB制御部103からの操作量、すなわち駆動信号F’comは、加算器105により加算され、加算後の操作量である駆動信号(力命令信号)Fscomが加算器108に与えられる。

0125

ここで、説明は前後するが、第2の2自由度制御系200について説明する。

0126

第2の2自由度制御系200は、前述の軌道生成部101に相当するものとして、目標値出力部201を有している。目標値出力部201は、ウエハステージWST上の基準位置からの第2ステージ部材42のオフセット量(位置ずれ量)の目標値ΔYcsdesiredを出力する。本実施形態では、目標値出力部201は、目標値ΔYcsdesiredとして常時0を出力する。しかしながら、これに限られるわけではない。

0127

VCMFF制御部202には、加算器207の計算結果が入力される。加算器207の計算結果は、上記の目標値出力部201から出力される目標値ΔYcsdesired(=0)と、前述の軌道生成部101が生成した目標軌道Ysdesiredとを加算した結果である。この場合、目標値出力部201から出力される目標値ΔYcsdesiredは常時0であるため、加算器207の計算結果は、軌道生成部101が生成した目標軌道Ysdesiredそのものである。VCMFF制御部202は、加算器207が出力した目標軌道Ysdesiredに対して、上述した第1の2自由度制御系100の第1の平面モータFF制御部102と同様、第2ステージ部材42のY座標位置を完全追従制御に基づいてフィードフォワード制御する。

0128

具体的には、VCMFF制御部202は、制御対象302(第2ステージ部材42)の制御特性を再現した制御モデルと逆の応答を示す(入出力が逆の関係となる)逆システムを保持(記憶)しており、この逆システムを用いることにより、ボイスコイルモータMbを駆動するための駆動信号(力命令信号)fcomを生成する。この駆動信号fcomは、制御対象302(第2ステージ部材42)に対するVCMFF制御部202からの操作量となる。なお、VCMFF制御部202は、入力を上述のサンプリング周期Trで取り込み、生成した駆動信号を所定のサンプリング周期Tuで出力するものとする。

0129

VCMFB制御部203には、減算器206の計算結果が入力される。減算器206の計算結果は、目標値出力部201から出力される目標値ΔYcsdesired(=0)と減算器208の計算結果との差分であり、ここでは、減算器208の計算結果の符号を反転したものとなる。減算器208の計算結果は、第2ステージ部材42の現在位置とウエハステージWSTの現在位置との差であり、ウエハステージWST上の基準点(前述した所定点)を基準とする第2ステージ部材42の位置と等価である。この減算器208の計算結果は、実際には、第2ステージ計測系19(Yエンコーダ73Y)の計測結果から得られる第2ステージ部材42のY位置情報である。すなわち、VCMFB制御部203には、実際には、第2ステージ計測系19の計測結果から得られる第2ステージ部材42のY位置(Y座標値)の符号を反転したY座標値が入力される。

0130

VCMFB制御部203は、上述の減算器206から出力されるY座標値(前述の所定点に対する第2ステージ部材42のY位置の誤差)に基づいて、第2ステージ部材42のY座標位置をフィードバック制御する。具体的には、VCMFB制御部203は、上述の第2ステージ部材42のY座標値(前述の所定点に対する第2ステージ部材42のY位置の誤差)がゼロとなるように、ボイスコイルモータMbを駆動するための駆動信号(力命令信号)f’comを生成する。この駆動信号(力命令信号)f’comは、制御対象302(第2ステージ部材42)に対するVCMFB制御部203からの操作量となる。なお、第2ステージ部材42のY位置の読み取りは所定のサンプリング周期Tyで行われ、また、VCMFB制御部203は、生成した駆動信号を所定のサンプリング周期Tuで出力するものとする。

0131

VCMFF制御部202からの操作量、すなわち駆動信号fcomとVCMFB制御部203からの操作量、すなわち駆動信号f’comは加算器205により加算され、加算後の操作量である駆動信号(力命令信号)Fcscomが変換ゲイン210に与えられる。変換ゲイン210は、駆動信号(力命令信号)Fcscomを、対応する力Fcs(制御対象302(第2ステージ部材42)に加える力)に変換するゲインで、実際には、アクチュエータであるボイスコイルモータMbとこの駆動アンプが、これに相当する。

0132

本実施形態では、前述の如く、チューブ31の一端部近傍の部分が第2ステージ部材42に接続されている。このため、ウエハステージWSTが駆動される際に、第2ステージ部材42がチューブ31を引き摺ることにより、そのチューブ31の張力等が第2ステージ部材42に対して外乱(外乱力)として作用することになる。図9では、変換ゲイン210の出力、すなわちボイスコイルモータMbから制御対象302(第2ステージ部材42)に加えられる力(推力)Fcsが入力される減算器209に、チューブ31による外乱力(チューブ31から第2ステージ部材42に加えられる力)Fcが入力されることを示す矢印により、上記の外乱力の作用を示している。この図9からわかるように、第2ステージ部材42に作用する力は、推力Fcs及び、外乱力(チューブ負荷抵抗)Fcを含む。ここで、加算器でなく減算器209を用いているのは、推力の向きと外乱力Fcの向きとが逆向きだからである。

0133

しかるに、上記の外乱力(チューブ負荷抵抗)Fcを含む力により制御対象302(第2ステージ部材42)が駆動された結果として得られる制御量(第2ステージ部材42のY座標値)が減算器206にフィードバックされており、VCMFB制御部203により演算される駆動信号(力命令信号)f’comは、上記の外乱力を軽減又は相殺する操作量となっている。なお、上記の外乱の性質等が既知である場合には、完全追従制御による第2ステージ部材42の駆動制御を行うVCMFF制御部202により演算される操作量を、上記の外乱力を軽減又は相殺する操作量とすることもできる。

0134

本実施形態では、ウエハステージWSTに固定子部66(一対の磁石ユニットMUb)が設けられ、第2ステージ部材42に可動子部65(コイルユニットCUb)が設けられたボイスコイルモータMbによって第2ステージ部材42が駆動されるようになっているので、ボイスコイルモータMbが第2ステージ部材42を駆動する駆動力を発生すると、その駆動力の反力がウエハステージWSTに対して作用する。この反力は、ウエハステージWSTをX軸方向、Y軸方向、及びθz方向等に駆動する力となり、ウエハステージWSTの位置制御の妨げとなる。図9中には、後述する変換ゲイン109の出力である力Frが入力される減算器107に、力Fcs’が入力されることを示す矢印により、ウエハステージWSTにこの反力が加わる様子が示されている。すなわち、減算器107に対する入力Fcs’は、ウエハステージWSTの動作の間、すなわちスキャンあるいはステップなどを行う間に第2ステージ部材42の駆動によってウエハステージWSTに作用する力を表す。

0135

なお、ボイスコイルモータMbによる第2ステージ部材42のY軸方向に関する駆動中心、すなわちそのY軸方向の駆動力の反力のウエハステージWST上における作用点とウエハステージWSTの重心とは異なるので、ボイスコイルモータMbによる第2ステージ部材42の駆動中心に加えられた力Fcsの反力は、一種座標変換後の力Fcs’として、ウエハステージWSTの重心に作用する。すなわち、図9中で減算器107に力Fcsではなく力Fcs’が入力されているのは、このことを概念的に示している。

0136

本実施形態では、上記の反力に起因するウエハステージWSTの位置制御の妨げとなる力を、相殺する目的で、第2の平面モータFF制御部500が設けられている。第2の平面モータFF制御部500には、図9に示されるように、加算器205の出力、すなわち制御対象302(第2ステージ部材42)に対する操作量である前述の駆動信号(力命令信号)Fcscomが入力される。第2の平面モータFF制御部500は、入力された駆動信号(力命令信号)Fcscomに基づき、該駆動信号(力命令信号)Fcscomが与えられた場合に、ボイスコイルモータMbが発生する駆動力と、ボイスコイルモータMbによる第2ステージ部材42の駆動中心、すなわち、その駆動力の反力のウエハステージWST上における作用点と平面モータ51AによるウエハステージWSTの駆動中心(この場合、ウエハステージWSTの重心)との位置の違いとに基づいて、一種の座標変換演算を行なって、第2ステージ部材42が発生する駆動力の反力を相殺するための操作量、すなわち駆動信号(力命令信号)Fcs’comを演算し、加算器108に与えている。

0137

加算器108は、加算器105から出力される制御対象301(ウエハステージWST)に対する操作量、すなわち駆動信号(力命令信号)Fscomと、上記の駆動信号(力命令信号)Fcs’comとを加算した駆動信号Frcomを、変換ゲイン109に与える。

0138

変換ゲイン109は、駆動信号(力命令信号)Frcomを、対応する力(推力)Fr(制御対象301(ウエハステージWST)に加える力)に変換するゲインで、実際には、アクチュエータである平面モータ51Aとこの駆動アンプが、これに相当する。

0139

変換ゲイン109の出力である力Frは、減算器107に与えられ、減算器107で、力Frから前述した力Fcs’を減じた力Fsが計算され、制御対象301(ウエハステージWST)に対して与えられる。

0140

ここで、Frcom=Fscom+Fcs’comであるのに対応して、Fr=Fs+Fcs’の関係が成り立っている。

0141

従って、ウエハステージWSTに加わる前述の反力(座標変換後の力)−Fcs’は、第2の平面モータFF制御部500で算出される駆動信号(力命令信号)Fcs’comの変換ゲイン109による変換後の力Fcs’によって相殺されている。図9中の楕円で囲んだ「Balance Out」は、ここで説明した、反力が相殺される様子を、概念的に示している。

0142

簡単にまとめると、本実施形態では、チューブ31から第2ステージ部材42に作用する外乱力Fcは、減算器209で力(推力)Fcsから差し引かれ、力(推力)Fcsに起因してウエハステージWSTの重心に作用する力Fcs’は、減算器107で力(推力)Frから差し引かれる。このようにして、第2ステージ部材42の駆動力の反力Fcs(に起因する力)のウエハステージWSTに対する影響はキャンセルされる。キャンセルされた結果、第2ステージ部材42は、位置ΔYcs=Ycs−Ysを所望の範囲に維持し、ウエハステージWSTは、所定の位置Ysへチューブ31による負荷抵抗(外乱力Fc)の影響を感じさせずに動く。すなわち、本実施形態では、未知のチューブ31による負荷抵抗は第2ステージ部材42へ等しく反対の力をかけることにより抽出し、次に、この既知の力に基づいて座標変換演算を含む演算により算出された力を、所望のウエハステージWSTに対する推力に加える。これにより、ウエハステージWSTに加わるボイスコイルモータMbの駆動力の反力に起因する力が、第2の平面モータFF制御部500で演算された操作量に対応する力によって相殺される。

0143

以上のようにして、第1の2自由度制御系100では、上記反力の影響が全くない場合と同様に制御対象301(ウエハステージWST)が駆動制御される。すなわち、加算器105の出力である、第1の平面モータFF制御部102からの操作量と平面モータFB制御部103からの操作量とが加算された操作量Fscomに基づいて、制御対象301(ウエハステージWST)の駆動制御、すなわち、平面モータ51Aを介したウエハステージWSTの駆動が行われる。

0144

なお、X軸方向に関しては、上述したY軸方向に関する制御と同様の、ウエハステージWSTの駆動制御及び第2ステージ部材42の駆動制御が行われる。ただし、ボイスコイルモータMbによる第2ステージ部材42のX軸方向に関する駆動中心は、ウエハステージWSTの重心と一致している場合には、力Fcsの反力が、ウエハステージWSTの重心にそのまま作用する。このため、第2の平面モータFF制御部500を設けることなく、加算器205の出力である駆動信号Fcscomを、そのまま加算器108に入力させれば良い。一方、ボイスコイルモータMbによる第2ステージ部材42のX軸方向に関する駆動中心が、ウエハステージWSTの重心と一致していない場合には、前述と同様の第2の平面モータFF制御部500を設けると良い。

0145

また、残りのθz方向に関しては、軌道生成部101からは常時0が出力される点を除き、上述したY軸方向に関する制御と同様の、ウエハステージWSTの駆動制御及び第2ステージ部材42の駆動制御が行われる。

0146

図10には、露光装置10の制御系を中心的に構成し、構成各部を統括制御する主制御装置20の入出力関係を示すブロック図が示されている。主制御装置20は、ワークステーション(又はマイクロコンピュータ)等を含み、露光装置10の構成各部を統括制御する。

0147

これまでの説明から明らかなように、本実施形態では、ウエハステージWST、第2ステージ装置60(第2ステージ計測系19を含む)、平面モータ51A、ボイスコイルモータMb、位置計測システム70、ウエハセンター支持部材150及び駆動装置142によって、ステージ装置85(図1参照)が構成されている。

0148

上述のようにして構成された本実施形態に係る露光装置10では、主制御装置20により、以下のような一連の処理が行われる。

0149

すなわち、主制御装置20は、まず、レチクル搬送系(不図示)を用いてレチクルRをレチクルステージRST上にロードする。また、主制御装置20は、ウエハ搬送系(不図示)を用いてウエハWをウエハステージWST(ウエハホルダWH)上にロードする。このウエハのロードは、以下の手順で行われる。

0150

ウエハステージWSTがローディングポジションまで駆動される。そのウエハステージWSTの上方に、搬送アームによりウエハWが搬送される。駆動装置142によりセンター支持部材150(3本の上下動ピン140)が上方に駆動され、ウエハWが搬送アームから3本の上下動ピン140に渡された後、搬送アームが退避される。そして、駆動装置142によりセンター支持部材150(3本の上下動ピン140)が下方に駆動され、ウエハWがウエハホルダWH上に搭載される。そして、ウエハWは、ウエハホルダWHにより吸着される。

0151

ウエハWのロード後、主制御装置20は、一対のレチクルアライメント検出系14及び計測プレート30、並びにアライメント検出系ALGを用いて、レチクルアライメント、アライメント検出系ALGのベースライン計測、及びウエハアライメント(例えばEGA)等の準備作業を行う。なお、レチクルアライメント、ベースライン計測等については、米国特許第5,646,413号明細書などに詳細に開示されている。また、EGAについては、米国特許第4,780,617号明細書などに詳細に開示されている。ここで、EGAとは、ウエハ上の複数のショット領域のうちの選択された複数のショット領域に設けられたウエハアライメントマーク位置検出データを用いて例えば上記米国特許明細書に開示される最小2乗法を利用した統計演算によりウエハW上の全てのショット領域の配列座標を求めるアライメント手法を意味する。

0152

そして、主制御装置20は、レチクルアライメント、ベースライン計測、及びウエハアライメントの結果に基づいて、ウエハW上の各ショット領域の露光のための走査開始位置加速開始位置)へウエハステージWSTを移動させるショット間移動動作と、各ショット領域に対しレチクルRのパターンを走査露光方式で転写する走査露光動作とを繰り返すことで、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハW上の複数のショット領域に対する露光を行う。露光中のウエハWのフォーカスレベリング制御は、前述の多点AF系54を用いてリアルタイムで行われる。

0153

上述した一連の処理中に、主制御装置20により、ステージ駆動系(平面モータ)51Aを介してウエハステージWSTが駆動される。このウエハステージWSTの駆動時に、ウエハステージWSTに加わるチューブ31からの外力によって、ウエハステージWST(ウエハテーブルWTB)の位置決め精度が悪化しないよう、主制御装置20(第1制御系59)により、前述のようにして、第2ステージ部材42(ボイスコイルモータMb)及びステージ駆動系(平面モータ)51Aが制御される。ここで、ウエハステージWSTに加わるチューブ31からの外力が、ウエハステージWST(ウエハテーブルWTB)の位置決め精度に影響を与えるのは、ウエハステージWSTとチューブキャリアTCとがX軸方向に関して相対的に移動する場合、及びY軸方向移動に際してのチューブキャリアTCのウエハステージWSTに対する追従遅れが生じる場合などが、代表的に考えられる。

0154

また、ウエハステージWSTの駆動時等、ウエハステージWSTに高周波領域の振動(外乱)が伝わる場合、6本のロッド部材231〜233、241〜243で固定された支持部材25は、その外乱に合わせて振動するが、支持部材25の縁部25cに僅かな隙間(ギャップ、クリアランス)を介して対向し、スクイズダンパとして機能する一対の連結部材29により、支持部材25の振動が十分に減衰される。

0155

以上説明したように、本実施形態に係るウエハステージWST及びこれを備えた露光装置10では、ウエハテーブルWTB(ウエハホルダWH)は、支持部材25上面にフレーム26とは非接触で搭載されている。そして、支持部材25は、ベース盤12上を駆動するスライダ22上に、6本のロッド部材231〜233、241〜243を介して実質的にキネマティックに固定されている。これにより、ウエハステージWSTの駆動時に、スライダ22の変形(例えば、スライダ22と永久磁石18との熱膨張率の違いによる熱応力に起因する変形(いわゆるバイメタル効果)その他の変形)に起因する支持部材25及びウエハテーブルWTBの変形が十分に低減されている。

0156

また、ウエハWをウエハステージWST上に搭載する際、又はウエハステージWST上から離間する際に使用されるウエハセンター支持部材150及び駆動装置142は、ウエハテーブルWTBが固定された支持部材25と離間した(非接触な)フレーム26上に搭載されている。このため、センター支持部材150(3本の上下動ピン140)の駆動時に発生する振動及び、駆動装置142の発熱が支持部材25及びウエハテーブルWTBに伝達することを防ぐことができる。これにより、露光精度の悪化を防止することが可能になる。

0157

また、ウエハステージWST駆動時に発生する高周波の振動により、支持部材25がヨーイングピッチングローリング及びZ軸方向に振動する場合、支持部材25のY軸方向両端に設けられたX軸方向に延設された縁部25cに、僅かな隙間を介して非接触で対向し、スクイズダンパとして機能する一対の連結部材が設けられているので、支持部材25及びウエハテーブルWTBに加わる高周波の振動を効果的に減衰することができる。これにより、露光精度の悪化を防止することが可能になる。

0158

また、スライダ22上に配置され、支持部材25を下方から支持する6本のロッド部材231〜233、241〜243は、平面視、側面視及び正面視のどの方向から見ても、ロッド部材231〜233、241〜243同士の少なくとも2つが交差するように配置されているので、クロススキャン方向のみならず、スキャン方向の剛性も十分に確保することができる。

0159

また、スライダ22内部には、不図示の流路内に冷媒が供給されているので、スライダ22の熱変形を効果的に抑制することができる。

0160

また、本実施形態に係る第2ステージ装置60及びこれを備えた露光装置10によると、チューブ31からの外乱が、第2ステージ部材42(チューブ固定部材63)に加わるので、その外乱が直接ウエハステージWSTに作用することがない。また、第2ステージ部材42は、ウエハステージWSTの一部を構成する第2ベース61上に浮上支持されているので、その外乱の作用により、第2ベース61の基準位置(所定点)に対するX,Y、θz方向の移動(位置ずれ)が許容されている。従って、その位置ずれが許容範囲を超えないうちに、第2ステージ部材42を元の位置に戻せば、チューブ31からの外乱が、ウエハステージWSTの位置制御性に悪影響を与えることがない。

0161

また、本実施形態に係る露光装置10によると、第2ステージ部材42を元の位置に戻すためにボイスコイルモータMbに駆動力を発生させるので、その駆動力の反力が、ボイスコイルモータMbの固定子部66が設けられたウエハステージWSTに作用するが、主制御装置20(第2の平面モータFF制御部500)が、この反力の影響を相殺するための力を、目標軌道に応じた駆動力とは別に、平面モータ51Aを介して発生させるので、その反力の影響を、ウエハステージWSTが受けることがない。

0162

また、上記実施形態に係る露光装置10によると、前述したように、第1の2自由度制御系100と、第2の2自由度制御系200と、第2の平面モータFF制御部500とを備える第1制御系59により、第1の2自由度制御系100の制御対象301、すなわちウエハステージWSTを、チューブ31からの外乱の影響を受けることなく、目標軌道に沿って精度良く駆動することができる。

0163

本実施形態に係る露光装置10によると、上述した種々の効果を奏する結果、ウエハステージWSTは、位置決め精度が向上し、高精度なウエハWに対する露光が可能になり、ウエハW上にレチクルRのパターンを精度良く転写することが可能になる。

0164

なお、上記実施形態では、支持部材25の一部である一対の縁部25cと、フレーム26の一部である一対の連結部材29との間に形成されるスクイズフィルムダンパによって、支持部材25及びこれに固定されたウエハテーブルWTBの振動を減衰させる除振部が構成される場合について例示した。しかし、支持部材25及びこれに固定されたウエハテーブルWTBの振動を減衰させる除振部は、磁石ユニット(磁石18)が設けられたスライダ22と該スライダと一体的に構成された部材とから成るステージ本体81の一部(以下、ステージ本体81のベース部と呼ぶ)と支持部材25との間に設けられていれば良く、スクイズフィルムダンパでなくても良い。上記実施形態で説明したスクイズフィルムダンパは、支持部材25とフレーム26との間に存在する粘性空気(流体の一種)の流動及び圧縮を用いて支持部材25の振動を減衰させるが、これに限らず、流体の流動及び圧縮のいずれかのみを用いて、支持部材25の振動を減衰させる除振部を、上述のステージ本体81のベース部の一部、例えばフレーム26と、支持部材25との間に設けても良い。

0165

なお、上記実施形態では、制御系として、前述の第1制御系59を採用し、該第1制御系59によって、チューブ31からの外乱力Fcを、ボイスコイルモータMb及び平面モータ51Aを介して、全て相殺する場合について説明した。しかしながら、制御系の構成は、前述の第1制御系59と同様の構成に限られるものではない。また、例えば外乱力の一部をキャンセルすることとしても良い。

0166

また、チューブ31が固定され、そのチューブ31からの外乱力Fcの作用によりウエハステージWSTに対して移動可能な部材(上記実施形態では第2ステージ部材42)を設けることで、チューブ31からの外乱力が直接的にウエハステージWSTに加わることがなくなる。従って、チューブ31からの外乱力を相殺するための第2ステージ部材42(ボイスコイルモータMb)及びウエハステージWST(平面モータ51A)の制御は、必ずしも行わなくても良い。

0167

また、上記実施形態では、説明の簡略化のため、第1制御系59により、第2ステージ部材42及びウエハステージWSTを、X、Y、θzの3自由度方向に駆動する場合について説明したが、これに限らず、平面モータ51AによりウエハステージWSTを、X、Y、Z、θx、θy、θzの6自由度方向に駆動可能なので、第2ステージ部材42及びウエハステージWSTを、6自由度方向に駆動制御する、第1制御系59と同様の構成の制御系を採用しても良いことは勿論である。この制御系では、軌道生成部では、Z軸方向の目標軌道として、常に一定値を生成し、θx、θy方向の目標軌道として常に0を生成し、目標値出力部では6自由度方向全ての目標値として0を出力することとすることができる。

0168

なお、上記実施形態では、第1の平面モータFF制御部102及びVCMFF制御部202が、ともに、完全追従制御を行う場合について例示した。しかし、これに限らず、第1の平面モータFF制御部102は、ウエハステージWSTの目標軌道に基づいてウエハステージWSTの位置をフィードフォワード制御すれば良く、必ずしも完全追従制御を行う必要はない。同様に、VCMFF制御部202は、前記目標軌道に基づいて、チューブ31からの外乱が作用する第2ステージ部材42のウエハステージWSTに対する位置をフィードフォワード制御すれば良く、必ずしも完全追従制御を行う必要はない。

0169

また、上記実施形態では、第2ステージ部材42をウエハステージWSTの+X側面に設けることとしたが、これに限らず、ウエハステージWSTのどの側面に設けても良いし、例えばウエハステージWSTの中央部に空間を形成し、その空間内に設けても良い。また、第2ステージ部材42は、1つである必要はなく、複数(例えば2個)設けても良い。

0170

また、上記実施形態では、露光装置が、液体(水)を介さずにウエハWの露光を行うドライタイプの露光装置である場合について説明したが、これに限らず、光学系と液体とを介してウエハの露光を行う液浸型の露光装置に上記実施形態を適用しても勿論良い。

0171

なお、上記実施形態では、露光装置が、スキャニング・ステッパである場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に上記実施形態を適用しても良い。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置にも上記実施形態は適用することができる。

0172

また、上記実施形態の投影露光装置の投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系は屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、この投影像倒立像及び正立像のいずれでも良い。

0173

また、照明光ILは、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)に限らず、KrFエキシマレーザ光(波長248nm)などの紫外光や、F2レーザ光(波長157nm)などの真空紫外光であっても良い。例えば米国特許第7,023,610号明細書に開示されているように、真空紫外光としてDFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域単一波長レーザ光を、例えばエルビウム(又はエルビウムとイッテルビウムの両方)がドープされたファイバーアンプ増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。

0174

また、上記実施形態では、露光装置の照明光ILとしては波長100nm以上の光に限らず、波長100nm未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、軟X線領域(例えば5〜15nmの波長域)のEUV(Extreme Ultraviolet)光を用いるEUV露光装置にも上記実施形態を適用することができる。その他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、上記実施形態は適用できる。

0175

また、上記実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン(又は位相パターン減光パターン)を形成した光透過型マスク(レチクル)を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第6,778,257号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク可変成形マスクアクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子空間光変調器)の一種であるDMD(Digital Micro-mirror Device)などを含む)を用いても良い。

0176

また、例えば国際公開第2001/035168号に開示されているように、干渉縞をウエハW上に形成することによって、ウエハW上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置(リソグラフィシステム)にも上記実施形態を適用することができる。

0177

さらに、例えば米国特許第6,611,316号明細書に開示されているように、2つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、1回のスキャン露光によってウエハ上の1つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも上記実施形態を適用することができる。

0178

なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体(エネルギビームが照射される露光対象の物体)はウエハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。

0179

露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機EL、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD等)、マイクロマシン及びDNAチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも上記実施形態を適用できる。

0180

なお、これまでの説明で引用した露光装置などに関する全ての公報、国際公開、米国特許出願公開明細書及び米国特許明細書の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。

0181

半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態に係る露光装置(パターン形成装置)及びその露光方法によりマスク(レチクル)のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材エッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、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)、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。

0182

以上説明したように、本発明の移動体装置は、物体を保持する保持部材の変形を抑制して物体を精度良く移動させるのに適している。また、本発明の露光装置は、物体を露光するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、マイクロデバイスを製造するのに適している。

0183

10…露光装置、12…ベース盤、17…コイル、18…永久磁石、19…第2ステージ計測系、20…主制御装置、22…スライダ、231〜233…ロッド部材、241〜243…ロッド部材、25…支持部材、25c…縁部、26…フレーム、27…棒状部、28…Xフレーム部材、29…連結部材、31…チューブ、42…第2ステージ部材、51A…ウエハステージ駆動系(平面モータ)、58…冷媒供給装置、59…第1制御系、61…第2ベース、70…位置計測システム、73…エンコーダシステム、73X1…Xヘッド(Xエンコーダ)、73Y…Yヘッド(Yエンコーダ)、74X1…Xスケール、74Y…Yスケール、78…干渉計システム、85…ステージ装置、100…第1の2自由度制御系、102…第1の平面モータFF制御部、103…平面モータFB制御部、140…上下動ピン、142…駆動装置、150…ウエハセンター支持部材、200…第2の2自由度制御系、202…VCMFF制御部、203…VCMFB制御部、500…第2の平面モータFF制御部、IL…照明光、IOP…照明系、PL…投影光学系、Mb…ボイスコイルモータ、TC…チューブキャリア、W…ウエハ、WST…ウエハステージ、WTB…ウエハテーブル。

先行技術

0184

国際公開第2011/040642号

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