JP7472958B2 - 移動体装置、露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

移動体装置、露光装置、及びデバイス製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、移動体装置、露光装置、及びデバイス製造方法に関する。
従来、液晶表示素子、半導体素子（集積回路等）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、投影光学系（レンズ）を介して照明光（エネルギビーム）でガラスプレート又はウエハ（以下、「基板」と総称する）を露光することによって、該基板にフォトマスク又はレチクル（以下、「マスク」と総称する）が有する所定のパターンを転写する露光装置が用いられている。
この種の露光装置としては、水平面内を長ストロークで移動可能な粗動ステージと、基板を保持する微動ステージとを備え、電磁モータなどの微動アクチュエータを用いて粗動ステージから微動ステージに推力を付与し、微動ステージの高精度位置制御を行う粗微動構成のステージ装置を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
ここで、近年の基板の大型化により、微動ステージが大型化する傾向にある。これに伴い、上述した微動アクチュエータも、駆動対象物である微動ステージの大型化に対応するため、高出力化（大型化）が求められている。
米国特許出願公開第２０１０／００１８９５０号明細書
第１の態様によれば、ベースと、前記ベース上を駆動可能な第１移動体と、前記第１移動体上を駆動可能な第２移動体と、前記第２移動体を前記第１移動体上で駆動させる第１推力を付与する 第１アクチュエータと、一端が前記第１移動体に連結され、他端が前記第２移動体に連結され、前記第２移動体を前記第１移動体上で駆動させる推力として前記第１推力よりも大きい第２推力を付与する第２アクチュエータと、前記第１移動体を前記ベース上で駆動させる第３推力または第４推力を付与する第３アクチュエータと、前記第１乃至第３アクチュエータを制御する制御系と、を備え、前記制御系は、前記第３アクチュエータから前記第１移動体に前記第３推力を付与させ、且つ前記第２アクチュエータから前記第２移動体に前記第２推力を付与させることで、前記第１移動体及び前記第２移動体の相対移動を制限しつつ、前記第１及び第２移動体を移動させ、前記第３アクチュエータから前記第１移動体に前記第４推力を付与させ、且つ前記第１アクチュエータから前記第２移動体に前記第１推力を付与させることで、前記第２アクチュエータによる前記第１移動体及び前記第２移動体の連結を維持しつつ前記第１移動体及び前記第２移動体の相対移動を可能にする移動体装置が、提供される。
第２の態様によれば、ベースと、前記ベース上を駆動可能な第１移動体と、前記第１移動体上を駆動可能な第２移動体と、前記第２移動体を前記第１移動体上で駆動させる第１アクチュエータと、一端が前記第１移動体に連結され、他端が前記第２移動体に連結された第２アクチュエータと、前記第１及び第２アクチュエータを制御する制御系と、を備え、前記制御系は、前記第２アクチュエータを第1状態にすることで、前記第１移動体及び前記第２移動体の相対移動を制限し、前記第２アクチュエータを第２状態にし、前記第１アクチュエータを制御することで、前記第１移動体及び前記第２移動体の相対移動を可能にする移動体装置、が提供される。
第３の態様によれば、第１及び第２の態様に係る移動体装置と、前記第１移動体に保持された物体に対してエネルギビームを用いてパターンを形成するパターン形成装置と、を備える露光装置が、提供される。
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前記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。
一実施形態に係る液晶露光装置の構成を概略的に示す図である。 図１の液晶露光装置が備える基板駆動系のうち第１駆動系（微動ステージ駆動系）の構成を説明するための図である。 第１駆動系の概念図である。 第１駆動系が有する２つのアクチュエータの制御バランスを説明するための図である。 第１駆動系の制御ブロック図である。 液晶露光装置が有する主制御装置の入出力関係を示すブロック図である。
以下、一実施形態について、図１～図６を用いて説明する。
図１には、一実施形態に係る露光装置（ここでは液晶露光装置１０）の構成が概略的に示されている。液晶露光装置１０は、物体（ここではガラス基板Ｐ）を露光対象物とするステップ・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。ガラス基板Ｐ（以下、単に「基板Ｐ」と称する）は、平面視矩形（角型）に形成され、液晶表示装置（フラットパネルディスプレイ）などに用いられる。
液晶露光装置１０は、照明系１２、回路パターンなどが形成されたマスクＭを保持するマスクステージ装置１４、投影光学系１６、装置本体１８、表面（図１で＋Ｚ側を向いた面）にレジスト（感応剤）が塗布された基板Ｐを投影光学系１６に対し相対的に移動させる移動体装置（ここでは基板ステージ装置２０）、及びこれらの制御系等を有している。以下、露光時にマスクＭと基板Ｐとが投影光学系１６に対してそれぞれ相対走査される方向をＸ軸方向とし、水平面内でＸ軸に直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸に直交する方向をＺ軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向に関する位置をそれぞれＸ位置、Ｙ位置、及びＺ位置として説明を行う。
照明系１２は、米国特許第５，７２９，３３１号明細書などに開示される照明系と同様に構成されており、図示しない光源（水銀ランプ、あるいはレーザダイオードなど）から射出された光を、それぞれ図示しない反射鏡、ダイクロイックミラー、シャッター、波長選択フィルタ、各種レンズなどを介して、複数の露光用照明光（照明光）ＩＬとしてマスクＭに照射する。照明光ＩＬとしては、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）などの光（あるいは、上記ｉ線、ｇ線、ｈ線の合成光）が用いられる。
マスクステージ装置１４が保持するマスクＭとしては、下面（図１では－Ｚ側を向いた面）に所定の回路パターンが形成された、透過型のフォトマスクが用いられる。マスクステージ装置１４は、国際公開第２０１０／１３１４８５号に開示されるものと同様の、いわゆる粗微動構成のステージ装置であって、マスクＭを保持するメインステージ（微動ステージ）１４ａと、一対のサブステージ（粗動ステージ）１４ｂとを備えている。各サブステージ１４ｂは、対応する架台１４ｃ上で、リニアモータによってＸ軸方向に長ストロークで駆動される。マスクステージ装置１４では、上記リニアモータと併せてマスク駆動系９２（図１では不図示。図６参照）を構成する複数のボイスコイルモータ１４ｄによって、サブステージ１４ｂからメインステージ１４ａに対して適宜推力が付与される。主制御装置９０（図１では不図示。図６参照）は、マスク駆動系９２を介してメインステージ１４ａ（マスクＭ）を照明光ＩＬに対して、一対のサブステージ１４ｂとともにＸ軸方向に長ストロークで駆動するとともに、一対のサブステージ１４ｂに対してＸＹ平面内（Ｙ軸方向、及びθｚ方向を含む）で適宜微小駆動する。メインステージ１４ａのＸＹ平面内の位置情報は、エンコーダシステム、あるいは干渉計システムなどを含むマスク計測系９４（図１では不図示。図６参照）を介して主制御装置９０により求められる。
投影光学系１６は、マスクステージ装置１４の下方に配置されている。投影光学系１６は、米国特許第６，５５２，７７５号明細書などに開示される投影光学系と同様な構成の、いわゆるマルチレンズ投影光学系であり、両側テレセントリックな等倍系で正立正像を形成する複数のレンズモジュールを備えている。
液晶露光装置１０では、照明系１２からの複数の照明光ＩＬによってマスクＭ上の照明領域が照明されると、マスクＭを通過（透過）した照明光ＩＬにより、投影光学系１６を介してその照明領域内のマスクＭの回路パターンの投影像（部分正立像）が、基板Ｐ上の照明領域に共役な照明光の照射領域（露光領域）に形成される。そして、照明領域（照明光ＩＬ）に対してマスクＭが走査方向に相対移動するとともに、露光領域（照明光ＩＬ）に対して基板Ｐが走査方向に相対移動することで、基板Ｐ上の１つのショット領域の走査露光が行われ、そのショット領域にマスクＭに形成されたパターンが転写される。
装置本体１８は、マスクステージ装置１４、及び投影光学系１６を支持しており、防振装置１９を介してクリーンルームの床Ｆ上に設置されている。装置本体１８は、米国特許出願公開第２００８／００３０７０２号明細書に開示される装置本体と同様に構成されており、上架台部１８ａ、一対の中架台部１８ｂ、及び下架台部１８ｃを有している。上述したマスクステージ装置１４の架台１４ｃは、装置本体１８に対して振動的に絶縁状態となるように、装置本体１８とは物理的に分離した状態で床Ｆ上に設置されている。
基板ステージ装置２０は、基板Ｐを投影光学系１６（照明光ＩＬ）に対して高精度で位置制御するための装置であり、具体的には、基板Ｐを照明光ＩＬに対して水平面（Ｘ軸方向、及びＹ軸方向）に沿って所定の長ストロークで駆動するとともに、６自由度方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θｘ、θｙ、及びθｚの各方向）に微少駆動する。基板ステージ装置２０は、後述する第１駆動系６２（図６参照）を除き、米国特許出願公開第２０１２／００５７１４０号明細書などに開示されるものと同様に構成された、いわゆる粗微動構成のステージ装置であって、基板ホルダ２２を介して基板Ｐを保持する微動ステージ２４、ガントリタイプの粗動ステージ２６、自重支持装置２８、ベースフレーム３０、及び基板ステージ装置２０を構成する各要素を駆動するための基板駆動系６０（図１では不図示、図６参照）、上記各要素の位置情報を計測するための基板計測系９６（図１では不図示、図６参照）などを備えている。
微動ステージ２４は、平面視矩形の板状（あるいは箱型）に形成され、その上面に基板ホルダ２２が固定されている。基板ホルダ２２は、微動ステージ２４よりもＸ軸及びＹ軸方向の寸法が長い平面視矩形の板状（あるいは箱形）に形成され、その上面（基板載置面）に基板Ｐが載置される。基板ホルダ２２の上面のＸ軸及びＹ軸方向の寸法は、基板Ｐと同程度に（実際には幾分短く）設定されている。基板Ｐは、基板ホルダ２２の上面に載置された状態で基板ホルダ２２に真空吸着保持されることによって、ほぼ全体（全面）が基板ホルダ２２の上面に沿って平面矯正される。
粗動ステージ２６は、Ｙ粗動ステージ３２とＸ粗動ステージ３４とを備えている。Ｙ粗動ステージ３２は、微動ステージ２４の下方（－Ｚ側）であって、ベースフレーム３０上に配置されている。Ｙ粗動ステージ３２は、Ｙ軸方向に所定間隔で平行に配置された一対のＸビーム３６を有している。一対のＸビーム３６は、機械的なリニアガイド装置を介してベースフレーム３０上に載置されており、ベースフレーム３０上でＹ軸方向に移動自在となっている。ベースフレーム３０は、上述した装置本体１８に対して振動的に絶縁状態となるように、装置本体１８とは物理的に分離した状態で床Ｆ上に設置されている。
Ｘ粗動ステージ３４は、Ｙ粗動ステージ３２の上方（＋Ｚ側）であって、微動ステージ２４の下方に（微動ステージ２４とＹ粗動ステージ３２との間に）配置されている。Ｘ粗動ステージ３４は、平面視矩形の板状の部材であって、Ｙ粗動ステージ３２が有する一対のＸビーム３６上に複数の機械的なリニアガイド装置３８を介して載置されており、Ｙ粗動ステージ３２に対してＸ軸方向に関して移動自在であるのに対し、Ｙ軸方向に関しては、Ｙ粗動ステージ３２と一体的に移動する。
自重支持装置２８は、微動ステージ２４の自重を下方から支持する重量キャンセル装置４２と、該重量キャンセル装置４２を下方から支持するＹステップガイド４４とを備えている。重量キャンセル装置４２（心柱などとも称される）は、Ｘ粗動ステージ３４に形成された開口部（不図示）に挿入されており、その重心高さ位置において、Ｘ粗動ステージ３４に対してフレクシャ装置とも称される複数の連結部材（不図示）を介して機械的に接続されている。重量キャンセル装置４２は、Ｘ粗動ステージ３４に牽引されることによって、該Ｘ粗動ステージ３４と一体的にＸ軸、及び／又はＹ軸方向に移動する。
重量キャンセル装置４２は、レベリング装置４６と称される疑似球面軸受装置を介して微動ステージ２４の自重を下方から非接触で支持している。レベリング装置４６は、微動ステージ２４をＸＹ平面に対して揺動（チルト動作）自在に支持している。レベリング装置４６は、不図示のエアベアリングを介して重量キャンセル装置４２に下方から非接触状態で支持されている。これにより、微動ステージ２４の重量キャンセル装置４２（及びＸ粗動ステージ３４）に対するＸ軸、Ｙ軸、及びθｚ方向への相対移動、及び水平面に対する揺動（θｘ、θｙ方向への相対移動）が許容される。重量キャンセル装置４２、レベリング装置４６、フレクシャ装置の構成及び機能に関しては、米国特許出願公開第２０１０／００１８９５０号明細書などに開示されているので、説明を省略する。
Ｙステップガイド４４は、Ｘ軸に平行に延びる部材から成り、Ｙ粗動ステージ３２が有する一対のＸビーム３６間に配置されている。Ｙステップガイド４４は、エアベアリング４８を介して重量キャンセル装置４２を非接触状態で支持しており、重量キャンセル装置４２がＸ軸方向へ移動する際の定盤として機能する。Ｙステップガイド４４は、下架台部１８ｃ上に機械的なリニアガイド装置５０を介して載置されており、下架台部１８ｃに対してＹ軸方向に移動自在となっている。Ｙステップガイド４４は、一対のＸビーム３６に対して、複数の連結部材５２（フレクシャ装置）を介して機械的に接続されており、Ｙ粗動ステージ３２に牽引されることによって、Ｙ粗動ステージ３２と一体的にＹ軸方向に移動する。
基板駆動系６０（図１では不図示。図６参照）は、微動ステージ２４を投影光学系１６（照明光ＩＬ）に対して６自由度方向に駆動するための第１駆動系６２（図６参照）、Ｙ粗動ステージ３２をベースフレーム３０上でＹ軸方向に長ストロークで駆動するための第２駆動系６４（図６参照）、及びＸ粗動ステージ３４をＹ粗動ステージ３２上でＸ軸方向に長ストロークで駆動するための第３駆動系６６（図６参照）を備えている。第２駆動系６４、及び第３駆動系６６を構成するアクチュエータの種類は、特に限定されないが、一例として、リニアモータ、あるいはボールねじ駆動装置などを使用することが可能である（図１ではリニアモータが図示されている）。第２、及び第３駆動系６４、６６の詳細な構成に関しては、一例として米国特許出願公開第２０１０／００１８９５０号明細書などに開示されているので、説明を省略する。
図２には、基板ホルダ２２（図１参照）を取り除いた状態の基板ステージ装置２０の平面図が示されている（Ｙ粗動ステージ３２、ベースフレーム３０（それぞれ図１参照）なども不図示）。図２に示されるように、第１駆動系６２は、微動ステージ２４にＸ軸方向の推力を付与するための一対のＸアクチュエータユニット７０Ｘ１、７０Ｘ２と、微動ステージ２４にＹ軸方向の推力を付与するための一対のＹアクチュエータユニット７０Ｙ１、７０Ｙ２とを有している。一対のＸアクチュエータユニット７０Ｘ１、７０Ｘ２は、微動ステージ２４の＋Ｘ側において、Ｙ軸方向に離間して配置されている。一対のＸアクチュエータユニット７０Ｘ１、７０Ｘ２は、微動ステージ２４を含む系（質量系）の重心位置Ｇに対して対称（図２では上下対称）に配置されている。ここで、「微動ステージ２４を含む系」とは、微動ステージ２４、及びその一体物（基板ホルダ２２など。図１参照）を含むものという意味である。
一対のＹアクチュエータユニット７０Ｙ１、７０Ｙ２は、微動ステージ２４の＋Ｙ側において、Ｘ軸方向に離間して配置されている。一対のＹアクチュエータユニット７０Ｙ１、７０Ｙ２は、微動ステージ２４を含む系の重心位置Ｇに対して対称（図２では左右対称）に配置されている。各Ｙアクチュエータユニット７０Ｙ１、７０Ｙ２の構成は、配置が異なる点を除き、Ｘアクチュエータユニット７０Ｘ１と同じであるので、以下、４つのアクチュエータユニットを代表してＸアクチュエータユニット７０Ｘ１の構成について説明する。なお、図１では、粗動ステージ２６、及び自重支持装置２８などの構成を説明するため、便宜上一対のＸアクチュエータユニット７０Ｘ１、７０Ｘ２が不図示となっている。
Ｘアクチュエータユニット７０Ｘ１は、ムービングマグネット型のＸボイスコイルモータ７２Ｘと、Ｘエアアクチュエータ（空圧アクチュエータ）７４Ｘとを含む一組のアクチュエータを有している。Ｘボイスコイルモータ７２Ｘは、主に微動ステージ２４の投影光学系１６（図１参照）に対するサブミクロンオーダーでの位置制御（微小駆動）に用いられ、Ｘエアアクチュエータ７４Ｘは、主に微動ステージ２４を所定の露光速度まで加速する際に用いられる。Ｘアクチュエータユニット７０Ｘ１が有するＸボイスコイルモータ７２Ｘ、及びＸエアアクチュエータ７４Ｘとしては、それぞれストローク（最大送り量）が±数ｍｍ（一例として２～３ｍｍ）程度のものが用いられているが、Ｘエアアクチュエータ７４Ｘは、Ｘボイスコイルモータ７２Ｘに比べ、高出力の（大推力を発生可能な）ものが用いられている。これに対し、Ｘボイスコイルモータ７２Ｘとしては、Ｘエアアクチュエータ７４Ｘよりも、駆動対象物（ここでは微動ステージ２４）をサブミクロンオーダーで位置制御可能（微少駆動）なものが用いられている。
Ｘボイスコイルモータ７２Ｘの固定子７６ａは、Ｘ粗動ステージ３４に支柱７８を介して取り付けられ、可動子７６ｂは微動ステージ２４の側面に取り付けられている。Ｘエアアクチュエータ７４Ｘは、合成ゴム製のベローズを有し、該ベローズは、伸縮方向（ここではＸ軸方向）の一端が上記支柱７８（Ｘ粗動ステージ３４）に機械的に接続され、他端が微動ステージ２４の側面に機械的に接続されている。このように、Ｘボイスコイルモータ７２ＸとＸエアアクチュエータ７４Ｘとは、並列的に配置されており、いずれのアクチュエータ７２Ｘ、７４Ｘを用いて微動ステージ２４に推力を付与する際も、その駆動反力は、Ｘ粗動ステージ３４にのみ作用する（Ｘ粗動ステージ３４から微動ステージ２４に推力を付与する、もしくはＸ粗動ステージ３４から微動ステージ２４に推力を伝達するとみなすことができる）。Ｘボイスコイルモータ７２Ｘ、及びＸエアアクチュエータ７４Ｘ、並びにその制御系の詳細は、後述する。
主制御装置９０（図６参照）は、走査露光動作において、微動ステージ２４を静止状態（速度、及び加速度がゼロの状態）から所定の等速移動状態とするために、第３駆動系６６（図６参照）を介してＸ粗動ステージ３４にＸ軸方向の推力（加速度）を付与して該Ｘ粗動ステージ３４を走査方向に長ストロークで移動させるとともに、第１駆動系６２を介してＸ粗動ステージ３４から微動ステージ２４にＸ軸方向の推力（加速度）を付与する。また、Ｘ粗動ステージ３４、及び微動ステージ２４が所望の露光速度に到達した後（あるいは露光速度に到達する直前）には、所定の整定時間を含み、等速移動するＸ粗動ステージ３４から第１駆動系６２を介して微動ステージ２４に上記加速駆動制御時よりも小さい推力を付与することによって、微動ステージ２４を等速駆動制御する。また、走査露光時には、該等速移動制御と並行し、アライメント計測結果等に基づいて、第１駆動系６２を介して微動ステージ２４を、投影光学系１６（図１参照）に対して水平面内３自由度方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θｚ方向の少なくとも一方向）に微少駆動する。また、主制御装置９０は、Ｙ軸方向に関する基板Ｐのショット領域間移動動作（Ｙステップ動作）時には、第２駆動系６４（図６参照）を介してＹ粗動ステージ３２、及びＸ粗動ステージ３４にＹ軸方向の推力を付与するとともに、第１駆動系６２を介してＸ粗動ステージ３４から微動ステージ２４にＹ軸方向の推力を付与する。
このように、微動ステージ２４の駆動制御時において、主制御装置９０（図６参照）は、第１駆動系６２が備える合計で４つのアクチュエータユニット（７０Ｘ１、７０Ｘ２、７０Ｙ１、７０Ｙ２）を適宜用いて、微動ステージ２４に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びθｚ方向の推力を適宜付与する。この際、１つのアクチュエータユニットが有する一組（２つ）のアクチュエータ（Ｘアクチュエータユニット７０Ｘ１であればＸボイスコイルモータ７２Ｘ、及びＸエアアクチュエータ７４Ｘ）の一方、あるいは両方が、微動ステージ２４を駆動する際の条件に基づいて予め設定された、所定の制御バランスで（制御アルゴズムに従って）用いられる。この所定の制御バランスに関しては、後述する。
また、第１駆動系６２（図６参照）は、微動ステージ２４をＸ粗動ステージ３４に対してＺチルト方向（Ｚ軸方向、及びＸＹ平面に対して揺動する方向）に駆動するためのＺチルト駆動系６８（図６参照）を備えている。Ｚチルト駆動系６８は、図１に示されるように、微動ステージ２４とＸ粗動ステージ３４との間に配置された複数のＺボイスコイルモータ７２Ｚを含む。複数のＺボイスコイルモータ７２Ｚは、同一直線上にない、少なくとも３箇所に配置されている。Ｚボイスコイルモータ７２Ｚを含み、Ｚチルト駆動系６８の構成については、米国特許出願公開第２０１０／００１８９５０号明細書などに開示されているので、説明を省略する。
微動ステージ２４（基板Ｐ）の６自由度方向の位置情報は、基板計測系９６を介して主制御装置９０（それぞれ図６参照）により求められる。基板計測系９６は、装置本体１８に固定された光干渉計５４を含む光干渉計システムを含む。なお、図１では、微動ステージ２４のＹ軸方向の位置情報を求めるためのＹ干渉計のみが図示されているが、実際には、Ｙ干渉計、及び微動ステージ２４のＸ軸方向の位置情報を求めるためのＸ干渉計が、それぞれ複数配置されている。また、微動ステージ２４には、光干渉計５４に対応するバーミラー５６が固定されている（図１ではＹ干渉計に対応するＹバーミラーのみが図示されている）。また、図１では不図示であるが、基板計測系９６は、微動ステージ２４のＺチルト方向の位置情報を求めるためのＺチルト計測系（構成は特に限定されない）も含む。光干渉計システム、及びＺチルト計測系の一例は、米国特許出願公開第２０１０／００１８９５０号明細書などに開示されているので、説明を省略する。なお、微動ステージ２４の水平面内の位置情報を求めるための計測系の構成は、適宜変更が可能であり、上述した光干渉計システムに限られず、国際公開第２０１５／１４７３１９号に開示されるようなエンコーダシステム、あるいは光干渉計システムとエンコーダシステムとのハイブリッド型の計測システムを用いても良い。
次に、上述した第１駆動系６２を構成する各アクチュエータの構成、及びその制御系について説明する。ここで、第１駆動系６２が有する４つのアクチュエータユニット７０Ｘ１、７０Ｘ２、７０Ｙ１、７０Ｙ２の構成は、配置（推力の発生方向）が異なる点を除き、実質的に同じであることから、ここでは、説明の便宜上、４つのアクチュエータユニット７０Ｘ１、７０Ｘ２、７０Ｙ１、７０Ｙ２を、特に区別せずにアクチュエータユニット７０と称するとともに、アクチュエータユニット７０は、ボイスコイルモータ７２、及びエアアクチュエータ７４を有するものとして説明する。
図３に示されるように、アクチュエータユニット７０は、制御器８０を有している。制御器８０は、４つのアクチュエータユニット７０Ｘ１、７０Ｘ２、７０Ｙ１、７０Ｙ２（図２参照）それぞれに独立に配置されている。１つのアクチュエータユニット７０が有する一組のアクチュエータ（ボイスコイルモータ７２、及びエアアクチュエータ７４）は、共通の制御器８０によって制御される。なお、図３では、制御器８０がアクチュエータユニット７０の一部を構成するように図示されているが、制御器８０は、液晶露光装置１０（図１参照）を統括制御する主制御装置９０（図６参照）の一部であっても良い。
制御器８０は、ボイスコイルモータ７２の固定子が有するコイルに対する電流の供給制御によって、ボイスコイルモータ７２の駆動制御（推力の大きさ、及び向きの制御）を行う。また、制御器８０は、エアアクチュエータ７４が有するベローズ内の圧力を計測する圧力センサ７４ａの出力を常時モニタリングしつつ、エアアクチュエータ７４とコンプレッサなどを含む加圧エア装置７４ｂとの間に配置されたバルブ７４ｃの開閉制御を行うことにより、エアアクチュエータ７４の駆動制御（推力の大きさ、及び向きの制御）を行う。
ここで、エアアクチュエータ７４に空気が供給された（推力を発生した）状態では、エアアクチュエータ７４自体の剛性により、Ｘ粗動ステージ３４と微動ステージ２４とが、機械的に連結された状態となる。この連結状態でＸ粗動ステージ３４がＸ軸及び／又はＹ軸方向に長ストロークで移動した場合には、該Ｘ粗動ステージ３４に機械的に連結された微動ステージ２４を、Ｘ粗動ステージ３４とともに長ストロークで移動させることができる。上述したように、エアアクチュエータ７４自体のストロークは、数ミリ程度であるが、エアアクチュエータ７４に空気を供給した状態では、Ｘ粗動ステージ３４がエアアクチュエータ７４を介して微動ステージ２４を押圧、あるいは牽引するので、ボイスコイルモータ７２に電流供給を行うことなく、微動ステージ２４を長ストロークで移動させることができる。
これに対し、エアアクチュエータ７４に空気が供給されていない（推力を発生しない）状態では、エアアクチュエータ７４自体の剛性が実質的に無視できる状態となり、微動ステージ２４は、Ｘ粗動ステージ３４に対して、ＸＹ平面に沿った方向に関して機械的な拘束がない（移動自在な）状態となる。この非拘束状態でＸ粗動ステージ３４がＸ軸及び／又はＹ軸方向に長ストロークで移動した場合には、ボイスコイルモータ７２を用いて微動ステージ２４に対して推力を付与することにより，微動ステージ２４をＸ粗動ステージ３４とともに長ストロークで移動させることができる。また、この長ストロークでの移動と並行して、ボイスコイルモータ７２により微動ステージ２４をＸ粗動ステージ３４に対して水平面内で微小駆動することもできる。なお、上述の「エアアクチュエータ７４の剛性を実質的に無視できる状態」とは、ボイスコイルモータ７２で微動ステージ２４を駆動する際に、エアアクチュエータ７４（ベローズ）の剛性がボイスコイルモータ７２の抵抗（負荷）にならないといった程度の意味である。なお、「エアアクチュエータ７４による推力を発生しない状態」とは、エアアクチュエータ７４に空気が供給されていても良く、微動ステージ２４がＸ粗動ステージ３４に対して、ＸＹ平面に沿った方向に関して機械的な拘束がない（移動自在な）状態であれば良い。
なお、本実施形態のアクチュエータユニット７０では、エアアクチュエータ７４が微動ステージ２４及びＸ粗動ステージ３４それぞれに機械的に接続される構造であるため、微動ステージ２４とＸ粗動ステージ３４との間には、エアアクチュエータ７４に空気が供給されていない状態を含み、常に振動を相互に伝達可能な物体が介在していることになる。これに対し、エアアクチュエータ７４が備えるベローズは、公知の防振（除震）装置（本実施形態の防振装置１９（図１参照）など）に用いられている合成ゴム製のベローズ型空気ばねと同様の除震機能を有しており、微動ステージ２４とＸ粗動ステージ３４との間における振動を減衰（振動の伝達を阻害）することができる。このように、エアアクチュエータ７４では、ベローズが減衰部として機能し、微動ステージ２４とＸ粗動ステージ３４とが、振動的に擬似的な分離状態となる。したがって、ボイスコイルモータ７２を用いた微動ステージ２４の位置制御を高精度で行うことができる。
また、本実施形態の基板ステージ装置２０では、上述したように、微動ステージ２４の位置制御時において、アクチュエータユニット７０が有する２つ（一組）のアクチュエータ、すなわちボイスコイルモータ７２とエアアクチュエータ７４とが所定の制御バランスで用いられる。以下、２つのアクチュエータの制御バランスについて説明する。
図４は、本実施形態のアクチュエータユニット７０が有する２つのアクチュエータの制御バランスを説明するための概念図である。図４に示されるように、本実施形態では、微動ステージ２４の位置制御時において、必要な（要求される）推力を微動ステージ２４に加えるアクチュエータを、周波数によって使い分ける。具体的には、２つのアクチュエータのうち、微動アクチュエータであるボイスコイルモータ７２は、エアアクチュエータ７４に比べて、高帯域で制御駆動ができることから、高帯域での微動ステージ２４の位置制御時には、ボイスコイルモータ７２が使用される。また、低帯域での微動ステージ２４の位置制御時には、ボイスコイルモータ７２に比べて大きな推力を発生可能なエアアクチュエータ７４が使用される。また、高帯域と低帯域との間の中帯域では、エアアクチュエータ７４が使用される。なお、本実施形態では、一例として、低帯域として３Ｈｚ未満、中帯域として３Ｈｚ以上且つ１０～２０Ｈｚ未満、高帯域として１０～２０Ｈｚ以上の帯域を想定しているが、各帯域の周波数はこれに限定されず、適宜変更が可能である。
また、図４から分かるように、エアアクチュエータ７４を用いる低帯域での微動ステージ２４の位置制御では、フィードフォワード（ＦＦ）制御により微動ステージ２４に推力（Ａｉｒ ＦＦ Ｆｏｒｃｅ）を付与する。エアアクチュエータ７４を用いる中帯域での微動ステージ２４の位置制御では、フィードバック（ＦＢ）制御により微動ステージ２４に推力（Ａｉｒ ＦＢ Ｆｏｒｃｅ）を付与する。また、ボイスコイルモータ７２を用いる高帯域での微動ステージ２４の位置制御では、ボイスコイルモータ７２の推力（Ｍｏｔｏｒ Ｆｏｒｃｅ）を微動ステージ２４に付与する。なお、中帯域での微動ステージの２４の位置制御では、エアアクチュエータ７４を用いたフィードバック（ＦＢ）制御による推力とボイスコイルモータ７２の推力とを、微動ステージ２４に付与するようにしても良い。
図５は、上記フィードフォワード制御、及びフィードバック制御を行うためのアクチュエータユニット７０の制御回路の一例を示すブロック図である。図５に示されるように、制御器８０（図３参照）から供給される基板Ｐの目標駆動位置に基づく指令値が、ＦＦ（フィードフォワード）コントローラ８２ａ、及びＦＢ（フィードバック）コントローラ８２ｂに入力され、低周波とそれ以外の周波数の２つの信号に分けられる。ＦＦコントローラ８２ａは、低周波の信号に基づいて演算された出力値を、エアアクチュエータ７４（実際にはバルブ７４ｃ）を制御するためのエアドライバ８４ａに出力する。エアアクチュエータ７４は、上記出力値に基いて微動ステージ２４に推力を付与する。このフィードフォワード制御は、静止状態の微動ステージ２４を走査速度に到達するまで加速する際、あるいは微動ステージ２４のＹステップ動作時、微動ステージ２４の減速時（マイナス加速度を付与する場合）など、微動ステージ２４を高精度に位置制御する必要がないような場合に行われる。
また、微動ステージ２４（図３参照）の位置制御系では、所定の制御サンプリング間隔毎に基板計測系９６（図３参照）の出力に基いて微動ステージ２４の現在位置情報を更新し、この微動ステージ２４の位置の実測値と指令値との差分である位置誤差信号をフィードバックして、より高精度に微動ステージ２４の位置制御を行う。図５に示されるように、フィードバック信号（位置誤差信号）は、フィードバックコントローラ８２ｂに入力される。フィードバックコントローラ８２ｂからの出力（指令値）は、ローパスフィルタ（ＬＰＦｍｉｘ８６ａ、及びＬＰＦａｉｒ８６ｂ）で周波数に基いて分けられる。すなわち、上述したように、中周波（位置誤差信号の低帯域）の信号に基づいて演算された出力値は、エアドライバ８４ａに入力され、高周波の信号に基づいて演算された出力値は、ボイスコイルモータ７２を制御するためのモータドライバ８４ｂに入力される。エアアクチュエータ７４、及びボイスコイルモータ７２（位置誤差が微少（高帯域）である場合には、ボイスコイルモータ７２のみ）は、上記出力値に基いて微動ステージ２４に推力を付与する。このフィードバック制御は、微動ステージ２４の整定動作時、及び走査露光動作時など、微動ステージ２４を高精度で位置制御する際に行われる。
また、本実施形態の基板ステージ装置２０（図１参照）では、上述した位置誤差信号に基いて行われるフィードバック制御と併せて、微動ステージ２４の加速度を加速度センサ８８（図３参照）によってモニタリングし、微動ステージ２４の振動に基づく微動ステージ２４の位置誤差を補正する加速度フィードバック制御が行われる。この加速度フィードバック制御は、公知のアクティブ防振（除震）装置などで行われている制御と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
以上説明したように、本実施形態の基板ステージ装置２０では、微動ステージ２４（基板Ｐ）の高精度位置制御を行うためのフィードバック制御において、必要な推力を加えるアクチュエータを、周波数の帯域によって分ける（２つのアクチュエータを使い分ける）ので、仮にフィードバック制御（微小位置決め制御）を全てボイスコイルモータ７２で行う場合に比べ、ボイスコイルモータ７２の負荷が軽いので、ボイスコイルモータ７２として、より低出力（小型、且つ低消費電力）のものを用いることができる。
また、本実施形態では、フィードフォワード制御として、大推力を発生可能なエアアクチュエータ７４のみを用いて微動ステージ２４に推力を付与するので、ボイスコイルモータ７２に通電することなく、微動ステージ２４を加減速することができ、効率が良い。
また、アクチュエータユニット７０は、２つのアクチュエータ（ボイスコイルモータ７２、エアアクチュエータ７４）が１つの制御器８０によって（１つの信号入力により）統括的に制御されるので、制御系の構成が簡単である。
なお、以上説明した実施形態に係る液晶露光装置１０を構成する各要素の構成は、上記説明したものに限定されず、適宜変更が可能である。一例として、上記実施形態の第１駆動系６２は、合計で４つのアクチュエータユニット（７０Ｘ１、７０Ｘ２、７０Ｙ１、７０Ｙ２）を備えていたが、アクチュエータユニットの数は、これに限られない。また、Ｘ軸方向の推力を発生するＸアクチュエータユニットとＹ軸方向に推力を発生するＹアクチュエータユニットとで、数が異なっていても良い。
また、上記実施形態のアクチュエータユニット７０では、２つのアクチュエータ（ボイスコイルモータ７２、及びエアアクチュエータ７４）が隣接して（離間して）配置される（微動ステージ２４の異なる位置に推力を作用させる）構成であったが、各アクチュエータの配置は、これに限られず、ボイスコイルモータ７２とエアアクチュエータ７４とを同軸上に配置しても良い。具体的には、エアアクチュエータ７４に筒状のベローズを使用するとともに、該ベローズの内径側にボイスコイルモータ７２を挿入することによって、２つのアクチュエータをほぼ同軸上に配置することができる。
また、１つのアクチュエータユニットを構成するアクチュエータの種類も、適宜変更が可能である。すなわち、上記実施形態では、微少駆動用のアクチュエータとして電磁力（ローレンツ力）駆動方式のボイスコイルモータ７２が用いられたが、別種のアクチュエータ（ピエゾ素子などを用いた微動アクチュエータ）を用いても良い。同様に微動ステージ２４に大推力を付与するためのアクチュエータとしてエアアクチュエータ７４が用いられたが、別種のアクチュエータ（電磁モータなど）を用いても良い。また、複数のアクチュエータユニットにおいて、各アクチュエータユニットが有するアクチュエータの構成は、必ずしも共通していなくても良く、例えばＸ軸用アクチュエータユニットとＹ軸用アクチュエータユニットとで構成が異なっていても良い。
また、上記実施形態の各アクチュエータユニットは、２つ１組のアクチュエータ（１つのボイスコイルモータ７２、及び１つのエアアクチュエータ７４）を有していたが、各アクチュエータユニットを構成するアクチュエータの数は、３つ以上であっても良い。この場合、上記実施形態と同様にアクチュエータを２種類とし、一方あるいは両方のアクチュエータを複数配置しても良いし、３つ以上のアクチュエータの種類が互いに異なっていても良い。
また、上記実施形態では、２次元平面内の直交２軸方向（Ｘ軸、及びＹ軸）に推力を発生するアクチュエータユニットが配置されたが、アクチュエータユニットが発生する推力の方向は、これに限られず、１軸方向のみであっても良いし、３自由度方向以上であっても良い。また、上記実施形態では、アクチュエータユニットが、微動ステージ２４の＋Ｘ側と+Ｙ側とに配置されたが、－Ｘ側と－Ｙ側とにも配置されるようにしても良い。
また、上記実施形態では、フィードフォワード制御時、及びフィードバック制御時に必要な推力を微動ステージ２４に加えるアクチュエータを、３つの帯域（低帯域、中帯域、及び高帯域）によって選択的に使い分ける構成であったが、これに限られず、２つの帯域（低帯域、及び高帯域）によってアクチュエータを選択的に使い分けても良い。具体的には、フィードフォワード制御で低帯域用のエアアクチュエータ７４のみを用いて微動ステージ２４を加速し、フィードバック制御で高帯域用のボイスコイルモータ７２のみを用いて微動ステージ２４の位置制御を行っても良い。
また、上記実施形態では、基板Ｐを保持する微動ステージ２４を高精度位置制御するための第１駆動系６２が複数のアクチュエータユニットを備える場合を説明したが、これに限られず、マスクＭ（図１参照）を駆動するためのマスク駆動系９２（図６参照）に、同様の構成のアクチュエータユニットを配置しても良い。上記実施形態のマスクステージ装置１４では、マスクＭは、Ｘ軸方向にのみ長ストロークで移動するので、アクチュエータユニットとしては、Ｘ軸方向に推力を発生するもののみを配置すれば良い。
また、上記実施形態の基板ステージ装置２０の構成も、上記実施形態で説明したものに限られず、適宜変更が可能であり、それらの変形例にも、本実施形態と同様の基板駆動系６０を適用することが可能である。すなわち、基板ステージ装置としては、米国特許出願公開第２０１０／００１８９５０号明細書に開示されるような、Ｘ粗動ステージ上にＹ粗動ステージが配置されるタイプの粗動ステージであっても良い（この場合、微動ステージ２４は、Ｙ粗動ステージから各アクチュエータユニットによって推力が付与される）。また、基板ステージ装置としては、必ずしも自重支持装置２８を有していなくても良い。また、基板ステージ装置は、基板Ｐを走査方向にのみ長ストローク駆動するものであっても良い。
また、制御器８０は、４つのアクチュエータユニット７０Ｘ１、７０Ｘ２、７０Ｙ１、７０Ｙ２（図２参照）それぞれに独立に配置されていると説明したが、一対のＸアクチュエータユニット７０Ｘ１、７０Ｘ２に１つの制御器８０、一対のＹアクチュエータユニット７０Ｙ１、７０Ｙ２アクチュエータユニット７０に１つの制御器８０が配置されるようにしても良い。つまり、駆動方向毎に制御器８０が配置される構成としても良い。また、４つ全てのアクチュエータユニット７０Ｘ１、７０Ｘ２、７０Ｙ１、７０Ｙ２に対して１つの制御器８０が配置されるようにしても良い。
また、照明光は、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、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。また、照明光としては、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、又は可視域の単一波長レーザ光を、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で増幅し、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。また、固体レーザ（波長：３５５ｎｍ、２６６ｎｍ）などを使用しても良い。
また、投影光学系１６が複数本の光学系を備えたマルチレンズ方式の投影光学系である場合について説明したが、投影光学系の本数はこれに限らず、１本以上あれば良い。また、マルチレンズ方式の投影光学系に限らず、オフナー型の大型ミラーを用いた投影光学系などであっても良い。また、投影光学系１６としては、拡大系、又は縮小系であっても良い。
また、露光装置の用途としては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に限定されることなく、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ―Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）パネル製造用の露光装置、半導体製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッド、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マスク又はレチクルを製造するために、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適用できる。
また、露光対象となる物体はガラスプレートに限られず、ウエハ、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。また、露光対象物がフラットパネルディスプレイ用の基板である場合、その基板の厚さは特に限定されず、フィルム状（可撓性を有するシート状の部材）のものも含まれる。なお、本実施形態の露光装置は、一辺の長さ、又は対角長が５００ｍｍ以上の基板が露光対象物である場合に特に有効である。
液晶表示素子（あるいは半導体素子）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マスク（あるいはレチクル）を製作するステップ、ガラス基板（あるいはウエハ）を製作するステップ、上述した各実施形態の露光装置、及びその露光方法によりマスク（レチクル）のパターンをガラス基板に転写するリソグラフィステップ、露光されたガラス基板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を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、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、ガラス基板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。
以上説明したように、本発明の移動体装置は、移動体を駆動するのに適している。また、本発明の露光装置は、物体にパターンを形成するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、マイクロデバイスの生産に適している。
なお、上記実施形態で引用した露光装置などに関する全ての国際公開、米国特許出願公開明細書及び米国特許明細書などの開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
１０…液晶露光装置、２０…基板ステージ装置、２４…微動ステージ、２６…粗動ステージ、３４…Ｘ粗動ステージ、７０Ｘ１…Ｘアクチュエータユニット、７２Ｘ…Ｘボイスコイルモータ、７４Ｘ…Ｘエアアクチュエータ、９０…主制御装置、Ｐ…基板。

Claims (6)

  1. ベースと、
    前記ベース上を駆動可能な第１移動体と、
    前記第１移動体上を駆動可能な第２移動体と、
    前記第２移動体を前記第１移動体上で駆動させる第１推力を付与する第１アクチュエータと、
    一端が前記第１移動体に連結され、他端が前記第２移動体に連結され、前記第２移動体を前記第１移動体上で駆動させる推力として前記第１推力よりも大きい第２推力を付与する第２アクチュエータと、
    前記第１移動体を前記ベース上で駆動させる第３推力または第４推力を付与する第３アクチュエータと、
    前記第１乃至第３アクチュエータを制御する制御系と、
    を備え、
    前記第２アクチュエータは、一端が前記第１移動体に連結されるとともに他端が前記第２移動体に連結された振動減衰部であるベローズを含み、
    前記制御系は、
    前記ベローズ内の圧力を制御することで、前記第２アクチュエータから前記第２移動体に付与する推力を制御し、
    前記第３アクチュエータから前記第１移動体に前記第３推力を付与させ、且つ前記第２アクチュエータから前記第２移動体に前記第２推力を付与させることで、
    前記第１移動体及び前記第２移動体の相対移動を制限しつつ、前記第１及び第２移動体を前記ベースに対して相対移動させ、
    前記第３アクチュエータから前記第１移動体に前記第４推力を付与させ、且つ前記第１アクチュエータから前記第２移動体に前記第１推力を付与させることで、
    前記第２アクチュエータの前記ベローズの前記一端が前記第１移動体に連結されるとともに前記他端が前記第２移動体に連結された状態で前記第１移動体及び前記第２移動体の相対移動を可能にしつつ、前記第１移動体及び前記第２移動体を前記ベースに対して相対移動させる、
    移動体装置。
  2. 前記第１アクチュエータは、リニアモータである請求項１に記載の移動体装置。
  3. 前記第２アクチュエータは、空圧アクチュエータである請求項１に記載の移動体装置。
  4. 請求項１に記載の移動体装置と、
    前記第１移動体に保持された物体にエネルギビームを用いてパターンを形成するパターン形成装置と、を備える露光装置。
  5. 前記物体は、フラットパネルディスプレイ用の基板である請求項４に記載の露光装置。
  6. 請求項４に記載の露光装置を用いて前記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。
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