JPH11251409A

JPH11251409A - 位置決め装置、及び露光装置

Info

Publication number: JPH11251409A
Application number: JP10049170A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Ono; 一也小野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハを高精度に位置決めする。【解決手段】ウエハベース３０上で駆動されるＸＹス
テージ８上にＺ駆動部１０Ａ，１０Ｂ、及び板ばね１１
Ａ，１１Ｂ等を介してテーブル保持部５０Ａ，５０Ｂ等
を支持し、テーブル保持部５０Ａ，５０Ｂ等の中にテー
ブル６を挟み込んで支持する。テーブル６の中央部の変
形中立面の近傍に、ウエハホルダ７を介してウエハＷを
吸着保持し、ウエハＷを覆うように投影光学系ＰＬの一
部の補正板４を取り付け、テーブル６の底面に静電アク
チュエータ２３Ａ〜２３Ｃを配置する。ＸＹステージ８
を大まかに位置決めした後、静電アクチュエータ２３Ａ
〜２３Ｃを介してテーブル６を高精度に位置決めすると
共に、ウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦さ
せるように、Ｚ駆動部１０Ａ，１０Ｂ等を介してテーブ
ル６のフォーカス位置、及び傾斜角を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエ
ハ等の位置決め対象物を高精度に位置決めするための位
置決め装置に関し、特に半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ
等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造する
ためのフォトリソグラフィ工程で、マスクパターンを投
影光学系を介して基板上に転写する投影露光装置の基板
側のステージに使用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、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を投影光学系を
介して、基板としてのフォト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
するステッパー等の投影露光装置が使用されている。こ
の種の投影露光装置では、ウエハを高精度に露光位置に
位置決めする必要があるため、ウエハはウエハホルダ上
に真空吸着等によって保持され、このウエハホルダが高
精度に位置決め可能なウエハステージ上に固定されてい
た。

【０００３】図６は、従来の代表的なウエハステージの
一例を示し、この図６において、ウエハ１０１はウエハ
ホルダ１０２上に吸着固定され、このウエハホルダ１０
２は試料台としてのテーブル１０３上に固定されてい
る。また、テーブル１０３上には移動鏡１０８が配置さ
れ、この移動鏡１０８に対向するように配置された不図
示のレーザ干渉計によって、テーブル１０３（ウエハ１
０１）の２次元座標が高精度に計測されている。

【０００４】そのテーブル１０３は、ＸＹステージ１０
４の中央部の上方に複数の板ばね１０５を介して水平方
向には変位できないように拘束されており、ＸＹステー
ジ１０４の上面とテーブル１０３の底面との間の３箇所
に伸縮自在のピエゾ素子等の駆動素子１０６が配置され
ている。また、ＸＹステージ１０４は、定盤１０７上を
不図示の駆動部によって２次元的に移動する。この構成
において、３個の駆動素子１０６の伸縮量を制御するこ
とによって、テーブル１０３の高さ、及び２次元的な傾
斜角を所定の範囲内で制御することができる。また、テ
ーブル１０３の材料としては、このテーブル１０３が変
形して位置決め精度が悪化するのを防ぐために、アルミ
ナセラミックス等のヤング率の非常に高い材料が用いら
れていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来の図６
に示すウエハステージにおいては、ＸＹステージ１０４
の上方に板ばね１０５によって水平方向に拘束されたテ
ーブル１０３の高さ、及び傾斜角を、それらの間に配置
された駆動素子１０６を伸縮させることによって制御し
ていた。

【０００６】しかしながら、図６のウエハステージにお
いて、駆動素子１０６を介してテーブル１０３の高さ、
又は傾斜角を制御すると、板ばね１０５の剛性によって
テーブル１０３に与えられる外力によってテーブル１０
３は変形し、その結果としてウエハ１０１と移動鏡１０
８との間隔が変化して位置決め精度が悪化するという不
都合があった。また、駆動素子１０６の曲げ剛性によっ
ても同様の現象が起こり、これによっても位置決め精度
が悪化していた。更に、板ばね１０５、又は駆動素子１
０６のみならず、テーブル１０３に外力を与え得るもの
が有れば、これによって位置決め精度は悪化することに
なる。この場合、テーブル１０３の材料がヤング率の高
いアルミナセラミックスであっても、外力によって或る
程度の変形が生ずるため、図６のような構成では位置決
め精度を高めるのに限界がある。

【０００７】ところで、この位置決め精度の悪化は殆ど
が「テーブル１０３の曲げ」によるものであって、テー
ブル１０３が外力で伸縮することによるものではないと
考えられる。テーブル１０３の曲げとは、テーブル１０
３に外力が加えられたときに、テーブル１０３が変形し
て或る撓み角を持つことを言う。この場合、テーブル１
０３の変形中立面とウエハ１０１の表面の高さとの差
に、その撓み角を乗じて得られる変位がテーブル１０１
の変形の最も大きな要因となっていると考えられる。

【０００８】これに関して、外力のあまり無い状態で位
置決め精度を向上させるには、テーブルの材料として石
英ガラスやガラスセラミックス（例えばショット社の商
品名ゼロデュア等が使用できる）のような低熱膨張材を
用いるのが効果的であるが、それらはアルミナセラミッ
クスに比較してヤング率が低い。従って、図６のように
外力が加えられるテーブル１０３の材料として石英ガラ
スやガラスセラミックスを用いると、機械的共振周波数
が下がり、かつ振動が急速に減衰しないため、位置決め
精度や位置決め時間が悪化する恐れがある。

【０００９】また、最近の投影露光装置の投影光学系
は、解像度を高めるために開口数が益々大きくなってい
るため、投影光学系の最もウエハ側の光学素子（いわゆ
る先玉）の先端からウエハの表面までの作動距離（Work
ing Distance）が短くなっている。そのため、投影光学
系による露光領域中でテーブル１０３上のウエハ１０１
の表面のフォーカス位置（投影光学系の光軸方向の位
置）を計測するのが困難になりつつあると共に、テーブ
ル１０３の傾斜角等を制御してウエハ１０１を像面に合
わせ込む際の自由度が制限されるという不都合があっ
た。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、ウエハ等の位置
決め対象物を高精度に位置決めできる位置決め装置を提
供することを第１の目的とする。更に本発明は、ウエ等
の基板を位置決めするステージと、その基板上にマスク
パターンの像を転写する投影光学系と、を有する露光装
置において、その投影光学系とその基板との作動距離が
短くなっても、その基板を高精度に位置決めできる露光
装置を提供することを第２の目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の位置
決め装置は、ベース（３０）と、位置決め対象物（Ｗ）
が載置されると共にそのベースに対して少なくとも１自
由度を持つ方向に移動自在に配置されたテーブル（６）
と、このテーブルの位置を計測する位置計測装置（３
１）と、この位置計測装置の計測値に基づいてそのテー
ブルをそのベースに対して駆動する駆動装置（８，３
２）と、を有する位置決め装置において、その位置決め
対象物（Ｗ）の載置面がそのテーブル（６）の変形中立
面の近傍に設定されているものである。

【００１２】斯かる本発明によれば、テーブル（６）が
外力によって撓んだり曲がったりしても、その位置決め
対象物（Ｗ）は傾斜するのみで、その位置ずれ量はその
傾斜角の余弦（cos)程度の誤差となる。従って、位置決
めを高精度に行うことができる。また、本発明による第
２の位置決め装置は、ベース（３０）と、そのベースに
対して少なくとも１自由度を持つ方向に移動自在に配置
されたステージ（８）と、このステージに対して高さ及
び傾斜角が可変に配置されたサブステージ（５０Ａ〜５
０Ｃ）と、そのステージ（８）に対するそのサブステー
ジの高さ及び傾斜角を制御する第１の駆動装置（１０Ａ
〜１０Ｃ，１１Ａ〜１１Ｃ，１２Ａ，１２Ｂ）と、その
サブステージに対して所定の結合部材（図４、又は図
５）を介して高さ方向に拘束された状態で結合され、そ
のステージ（８）に対して所定範囲で水平方向に移動自
在に配置されると共に、位置決め対象物（Ｗ）が載置さ
れるテーブル（６）と、そのステージ（８）に対してそ
のテーブル（６）を水平方向に駆動する第２の駆動装置
（２３Ａ〜２３Ｃ）と、を有するものである。

【００１３】斯かる第２の位置決め装置によれば、その
第１の駆動装置（１０Ａ〜１０Ｃ）によってサブステー
ジ（５０Ａ〜５０Ｃ）を介して間接的にテーブル（６）
の高さ、及び傾斜角が制御される。即ち、テーブル
（６）の質量には、このテーブル（６）を高さ方向、及
び傾斜方向に駆動するその第１の駆動装置の質量は含ま
れていない。従って、テーブル（６）を小型化できるた
め、テーブル（６）の外力による変形量が小さくなり、
位置決め精度が向上する。また、ステージ（８）に対し
てテーブル（６）を水平方向に駆動する際の駆動力が少
なくて済むため、テーブル（６）を高速に、かつ少ない
発熱量で高精度に位置決めできる。

【００１４】また、その第１の駆動装置、及びその第２
の駆動装置をそれぞれ３個設けることによって、そのテ
ーブル（６）を６自由度で高精度に位置決めすることが
できる。この場合、それら第１、及び第２の駆動装置
は、それぞれ非接触の駆動装置（電磁力、磁気力、又は
静電力等を用いた駆動装置）であることが望ましく、そ
の所定の結合部材は、静圧気体軸受け（３６）、又は静
電力を用いた非接触の間隔保持部材（３７Ａ，３７Ｂ，
３８Ａ，３８Ｂ）であることが望ましい。サブステージ
（５０Ａ〜５０Ｃ）に対してそのように非接触でテーブ
ル（６）を保持することによって、ステージ（８）側で
発生した振動は、テーブル（６）に達する前に大きく減
衰するため、テーブル（６）の位置決め精度が向上す
る。また、テーブル（６）に加わる外力が小さくなるた
め、テーブル（６）の材料として、従来多用されていた
アルミナセラミックスに比べてヤング率が小さくとも、
より線膨張率の小さい石英ガラス、又はガラスセラミッ
クス等を使用できる。

【００１５】また、その第１の駆動装置は、一例として
磁気力を用いた駆動装置（１６〜２１）であり、その第
２の駆動装置は、一例として静電力、又は電磁力を用い
た駆動装置（２４〜２６）である。これによって高い応
答速度でテーブル（６）が駆動される。また、そのテー
ブル（６）は、光透過性材料（例えば石英ガラス）より
構成されることが望ましく、この場合、そのテーブルの
側面を透過してそのテーブル上の位置決め対象物（Ｗ）
の表面に斜めに光束を照射して、その位置決め対象物か
らの反射光をそのテーブルの側面を介して受光すること
によって、その位置決め対象物の表面の高さを検出する
斜入射方式の面位置検出装置（３４，３５）を設けるこ
とが望ましい。

【００１６】これによって、その位置決め対象物が、例
えば投影光学系による投影像が転写されるウエハ等の基
板である場合で、かつその投影光学系の作動距離が非常
に短い場合であっても、その投影光学系による露光領域
内でその基板の高さ、即ちその投影光学系の光軸方向の
位置（フォーカス位置）を検出でき、この検出結果に基
づいてその基板の表面をオートフォーカス方式で像面に
合焦させることができる。

【００１７】次に、本発明による露光装置は、マスクパ
ターン（Ｒ）の像を基板（Ｗ）上に投影する投影光学系
（ＰＬ）と、その基板を載置してその基板のその投影光
学系の光軸方向の位置、及び２自由度の傾斜角を制御す
るテーブル（６）と、を有する露光装置において、その
投影光学系を構成する複数の光学部材の内のその基板に
対向する所定の光学部材（４：所定の収差を補正するた
めの補正板等）をその基板を覆うようにそのテーブル
（６）上に載置したものである。

【００１８】斯かる露光装置によれば、その光学部材
（４）は、例えばその基板を保持するテーブル（６）の
上端に固定され、そのテーブル（６）と共に移動する。
従って、その光学部材（４）の下端とその基板の表面と
の間隔を正確に所望の値に維持できるため、その投影光
学系の作動距離が短い場合でも、その基板がその光学部
材に接触する恐れがない状態で、その基板をその投影光
学系に対して高精度に位置決めできる。

【００１９】この場合、その投影光学系（ＰＬ）の結像
特性を補正するために、そのテーブル（６）に対してそ
の所定の光学部材（４）を少なくとも１自由度の方向に
駆動する光学部材駆動装置（９Ａ）を設けることが望ま
しい。その光学部材（４）を駆動することによって、そ
の投影光学系の結像特性を所定の状態に維持することが
できる。

【００２０】

【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。本例は投影露光装置の
ウエハステージ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す概略構成図であり、この
図１において、水銀ランプ、又はエキシマレーザ光源等
の露光光源、照度分布均一化用のオプティカル・インテ
グレータ、開口絞り、可変視野絞り、及びコンデンサレ
ンズ系等から照明光学系１が構成されている。露光時に
は、照明光学系１からの露光光ＩＬにより、レチクルＲ
に形成された転写用のパターンが均一な照度分布で照明
され、露光光ＩＬのもとでレチクルＲのパターンの像が
投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率β（βは例えば
１／４，１／５等）で、ウエハＷ上の所定のショット領
域に転写露光される。ウエハＷの表面にはフォトレジス
トが塗布されている。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ
に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面
と平行にＸ軸を、図１の紙面と垂直にＹ軸を取って説明
する。

【００２１】レチクルＲは、Ｘ方向、Ｙ方向、及び回転
方向に微動可能なレチクルステージ２上に吸着保持さ
れ、レチクルステージ２の位置は不図示のレーザ干渉計
の計測値に基づいて制御されている。また、本例の投影
光学系ＰＬは、投影光学系本体部３と、最もウエハ側の
光学部材としての所定の収差（非点収差等）を補正する
ための平行平板ガラスよりなる補正板４とに分かれてい
る。

【００２２】一方、本例のウエハＷは、矩形の板状のテ
ーブル６の中央部の凹部６ａにウエハホルダ７（図３参
照）を介して吸着保持され、テーブル６は、ＸＹステー
ジ８上にＺ方向への変位、並びにＸ軸及びＹ軸に平行な
軸の周りへの傾斜ができるように載置され、ＸＹステー
ジ８は、ウエハベース３０上に静圧気体軸受けを介して
Ｘ方向、及びＹ方向に移動自在な状態で載置されてい
る。テーブル６、ＸＹステージ８、ウエハベース３０、
及び後述のテーブル６の駆動機構等からウエハステージ
５が構成されている。また、本例ではテーブル６の上部
にウエハＷを覆うように、投影光学系ＰＬの補正板４が
固定されている。

【００２３】本例では、ＸＹステージ８の底面部に配置
された可動子と、ウエハベース３０の上面にＸ方向、Ｙ
方向に周期的に配置された固定子とから平面モータが構
成され、この平面モータによってＸＹステージ８はＸ方
向、Ｙ方向に駆動される。その平面モータの動作はウエ
ハステージ駆動系３２によって制御されている。その平
面モータとしては、例えばソイヤモータ、又は特開平８
−５１７５６号公報に開示された平面モータ装置等が使
用できる。

【００２４】図２は、図１のウエハステージ５を示す平
面図であり、この図２において、本例のテーブル６は、
石英ガラスより形成され、中央の凹部を囲む凹部６ｂ内
に補正板４が固定されている。また、テーブル６の−Ｘ
方向の側面の一部、及び＋Ｙ方向の側面はそれぞれ光反
射膜が形成されてミラー面６ｘ及び６ｙとされており、
Ｘ軸のミラー面６ｘに対して図１のレーザ干渉計３１よ
り２軸のレーザビームＬＢＸ１，ＬＢＸ２がＸ軸に平行
に照射され、Ｙ軸のミラー面６ｙに対してレーザ干渉計
３１よりレーザビームＬＢＹがＹ軸に平行に照射されて
いる。これらのレーザビームＬＢＸ１，ＬＢＸ２，ＬＢ
ＹのＺ方向の位置は、テーブル６内のウエハＷの表面と
ほぼ同じ高さに設定されており（図３参照）、テーブル
６のＸ軸、又はＹ軸の周りの傾斜によってアッベ誤差が
生じないように構成されている。

【００２５】レーザ干渉計３１は、レーザビームＬＢＸ
１，ＬＢＸ２の照射点でのテーブル６のＸ方向への変
位、及びレーザビームＬＢＹ１の照射点でのテーブル６
のＹ方向への変位をそれぞれ例えば０．００１μｍ〜
０．０１μｍ程度の分解能で計測し、計測結果を図１の
ウエハステージ駆動系３２に供給する。ウエハステージ
駆動系３２は、一例としてレーザビームＬＢＸ１，ＬＢ
Ｘ２を介して検出された変位の平均値、及びレーザビー
ムＬＢＹを介して検出された変位をそれぞれテーブル６
のＸ座標、及びＹ座標とみなすと共に、レーザビームＬ
ＢＸ１，ＬＢＸ２を介して検出された変位の差分を両ビ
ームの間隔で除算することによってテーブル６の回転角
を求め、これらの座標及び回転角を装置全体の動作を統
轄制御する主制御系３３に出力する。そして、ウエハス
テージ駆動系３２は、求められたテーブル６の座標、及
び主制御系３３からの目標位置等の情報に基づいて上記
の平面モータを介してＸＹステージ８（テーブル６）の
大まかな位置を設定する。

【００２６】更に、本例の投影露光装置には、テーブル
６上のウエハＷのフォーカス位置を検出するためのセン
サが配置され、ＸＹステージ８の内部にテーブル６を６
次元の自由度で高精度に位置決めする駆動機構が組み込
まれている。図３は、図２のＡＡ線に沿う断面図を示
し、この図３において、テーブル６の上面中央の凹部６
ａの上面に、ウエハホルダ７が固定され、ウエハホルダ
７上にウエハＷが真空吸着、又は静電吸着等によって吸
着保持されている。この場合、ウエハＷは、Ｚ方向にお
いて、テーブル６の変形中立面近傍に載置されている。
これによって、仮に外力でテーブル６が変形しても、ウ
エハＷの位置ずれが殆ど生じない利点がある。また、テ
ーブル６の材質である石英ガラスは、ヤング率はアルミ
ナセラミックスに比べて低いが、線膨張率が極めて小さ
く熱的安定性に優れているので、高精度の位置決めに適
している。

【００２７】また、ウエハＷを覆うようにテーブル６上
に、投影光学系ＰＬの補正板４が固定されているため、
ウエハＷをテーブル６の側面方向から受け渡しできるよ
うに、凹部６ａの側面方向に図２に示すように、段差部
６ｄが形成されている。更に、補正板４とテーブル６と
の間の３箇所に（図３ではその内の２箇所が示されてい
る）、ピエゾ素子よりなるＺ方向に伸縮自在の駆動素子
９Ａ，９Ｂが設置されている。図１の主制御系３３は、
それらの駆動素子９Ａ，９Ｂの伸縮量を制御することに
よって補正板４のＺ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸に平行
な軸の周りの傾斜角を制御して、投影光学系ＰＬの結像
特性を所定の状態に維持する。

【００２８】また、既に説明したようにテーブル６は石
英ガラスより形成され、テーブル６の−Ｘ方向の側面が
ミラー面６ｘとされているが、その側面の上部でミラー
面６ｘに接する細長い領域は、反射膜が形成されていな
い光透過部とされている。そして、テーブル６の−Ｘ方
向の側面方向に斜入射方式のオートフォーカスセンサ
（以下、「ＡＦセンサ」と呼ぶ）３４が配置され、ＡＦ
センサ３４からの検出光ＤＬが、テーブル６の−Ｘ方向
の側面の光透過部を介して、ウエハＷの表面の複数の計
測点に光軸ＡＸに対して斜めに照射されている。検出光
ＤＬは、ウエハＷ上のフォトレジストに対して非感光性
の波長域の光束であり、ウエハＷの表面で反射された検
出光ＤＬは、テーブル６の＋Ｘ方向の側面部を透過して
ミラー３５に向かう。そして、ミラー３５で反射された
検出光ＤＬは、再びテーブル６の＋Ｘ方向の側面部を透
過してウエハＷの表面で反射された後、テーブル６の−
Ｘ方向の側面の光透過部を経てＡＦセンサ３４に戻る。
ＡＦセンサ３４は、戻された検出光ＤＬより、ウエハＷ
の表面の複数の計測点でのフォーカス位置を検出する。

【００２９】この場合、予めテストプリント等によって
ウエハＷの表面が投影光学系ＰＬの像面に合致している
ときに検出されるフォーカス位置が０になるようにキャ
リブレーションが行われており、ＡＦセンサ３４で検出
されるフォーカス位置は、像面からのデフォーカス量と
なっている。ＡＦセンサ３４で検出される複数の計測点
でのデフォーカス量は、図１のウエハステージ駆動系３
２に供給される。なお、ＡＦセンサ３４の代わりに、従
来より使用されているスリット像をウエハＷの表面の複
数の計測点に斜めに投影する投射系と、それらの複数の
計測点からの反射光よりスリット像を再結像する受光系
と、からなる多点のＡＦセンサを使用しても良い。この
ＡＦセンサでは、そのように再結像されるスリット像の
横ずれ量を光電顕微鏡方式で検出することによって、各
計測点でのデフォーカス量が検出される。

【００３０】本例のウエハステージ駆動系３２は、ＡＦ
センサ３４で検出される各計測点でのデフォーカス量が
それぞれ０になるように、オートフォーカス方式、及び
オートレベリング方式で次に説明するテーブル６のＺ駆
動部１０Ａ〜１０Ｃを駆動する。即ち、本例のテーブル
６は、図２に示すように、３箇所で互いに同一構成のテ
ーブル保持部５０Ａ〜５０Ｃで保持されている。その内
の１箇所のテーブル保持部５０Ａは、図３に示すよう
に、テーブル６の一部に設けられた貫通孔６ｃを通過す
る円柱状の軸１３と、テーブル６を挟むようにその軸１
３の上面及び底面にそれぞれ固定された円板状のフラン
ジ部１４及び１５とから構成されている。フランジ部１
４，１５の間隔は、テーブル６の厚さよりも僅か（例え
ば数μｍ程度）に広く設定されている。

【００３１】また、テーブル保持部５０Ａの底面側のフ
ランジ部１５は、ＸＹステージ８に対して板ばね１１Ａ
及び１２Ａを介して、水平方向に拘束され、かつＺ方向
に容易に変位できるように取り付けられている。図２に
示すように、テーブル６は他の２箇所でもテーブル保持
部５０Ｂ及び５０Ｃに挟み込まれ、テーブル保持部５０
Ｂは、板ばね１１Ｂ及び１２Ｂを介してＸＹステージ８
に水平方向に拘束されて取り付けられ、テーブル保持部
５０Ｃは板ばね１１Ｃを介してＸＹステージ８に水平方
向に拘束されて取り付けられている。また、テーブル保
持部５０Ａ〜５０Ｃの底面側にそれぞれ同一構成のＺ駆
動部１０Ａ〜１０Ｃが設置されている。

【００３２】図３において、第１のＺ駆動部１０Ａは、
第１のテーブル保持部５０Ａのフランジ部１５の底面
と、ＸＹステージ８の中央の凹部との間に設置されてい
る。即ち、フランジ部１５の底面に、底面部が開口部と
なったＵ字型のコアとしての支持枠１６が固定され、支
持枠１６の底面部に円筒状に巻回されたコイル１７が配
置され、コイル１７の中央部に上端がＳ極で下端がＮ極
の永久磁石１８が配置されている。支持枠１６、コイル
１７、及び永久磁石１８は、一体となってＺ方向に移動
できるようにフランジ部１５の底面に固定されている。

【００３３】また、ＸＹステージ８の凹部に支持部材１
９が固定され、支持部材１９に永久磁石１８を挟むよう
に永久磁石２０及び２１が取り付けられている。永久磁
石１８，２０，２１としては、コバルト系、ニッケル
系、又はネオジウム鉄ボロン系等の材料が使用できる。
そして、永久磁石１８の底面側の永久磁石２０の極性
は、永久磁石１８と反発する（永久磁石１８を押し上げ
る）極性であり、永久磁石１８の上面側の永久磁石２１
の極性は、永久磁石１８を吸引する（永久磁石１８を引
き上げる）極性である。これらの部材よりＺ駆動部１０
Ａが構成されている。

【００３４】この場合、テーブル６のほぼ１／３の部
分、テーブル保持部５０Ａ、支持枠１６、コイル１７、
及び永久磁石１８よりなる可動部の重量の大部分は、永
久磁石１８に対する永久磁石２０の反発力、及び永久磁
石２１の吸引力によって支えられている。また、コイル
１７に流す電流を制御することによって、ボイスコイル
モータ方式で支持枠１６には＋Ｚ方向、又は−Ｚ方向に
可変の駆動力が作用する。本例では、図１のウエハステ
ージ駆動系３２がコイル１７に流す電流を制御すること
によって、Ｚ駆動部１０Ａ、ひいてはテーブル保持部５
０ＡのＺ方向への変位量を制御する。同様に、第２のＺ
駆動部１０Ｂ、及び図２に示す第３のＺ駆動部１０Ｃに
おいても、それぞれコイル１７に流す電流を制御するこ
とによって、Ｚ駆動部１０Ｂ，１０Ｃ、ひいてはテーブ
ル保持部５０Ｂ，５０ＣのＺ方向への変位量が制御され
る。

【００３５】上記のように本例では、テーブル保持部５
０Ａ〜５０Ｃを介してテーブル６のフォーカス位置、及
び傾斜角が制御されるが、この際にテーブル保持部５０
Ａ〜５０Ｃの軸１３は、それよりも太く設定してある貫
通孔６ｃの中で移動できるように構成されている。この
ため、テーブル保持部５０Ａ〜５０Ｃのフランジ部１
４，１５と、テーブル６の面との間は所定の間隔（ギャ
ップ）で非接触に維持されている。

【００３６】図４は、そのようにフランジ部１４，１５
とテーブル６とを非接触に保つための静圧気体軸受け機
構の一例を示し、図４（ｂ）に示すように、テーブル６
の内部に気体供給用の孔（給気孔）３６が形成され、こ
の給気孔３６に連通してテーブル６の上面、及び底面に
それぞれ同心円状の給気溝３６ａ，３６ｂ（図４（ａ）
参照）、及び３６ｃ，３６ｄが形成されており、給気孔
３６に不図示のエアーポンプより加圧（圧搾）された空
気が供給されている。この加圧された空気が給気溝３６
ａ，３６ｂ、及び３６ｃ，３６ｄを介してフランジ部１
４及び１５に噴出されることによって、テーブル６とフ
ランジ部１４及び１５との間はそれぞれ例えば数μｍの
ギャップに保たれている。また、本例の静圧気体軸受け
は、振動を減衰させるダンパとしても作用しており、Ｘ
Ｙステージ８側からの振動はテーブル６に伝わりにくく
なっている。このため、テーブル６がヤング率の低い石
英ガラスで形成されていても、機械共振等が発生しにく
くなっている。

【００３７】なお、そのようにフランジ部１４，１５と
テーブル６とを非接触に維持するための機構として、静
電力等を使用してもよい。図５は、そのようにフランジ
部１４，１５とテーブル６とを非接触に保つために静電
力を用いた機構の一例を示し、図５（ａ）に示すよう
に、テーブル６の上面に輪帯状の電極板３８Ａが形成さ
れ、これに対向するように図５（ｂ）に示すようにフラ
ンジ部１４にも電極板３８Ｂが形成されている。同様
に、テーブル６の底面、及びこれと対向するフランジ部
１５にもそれぞれ電極板３７Ａ及び３７Ｂが形成され、
不図示の電圧源から電極板３８Ａ，３８Ｂに互いに異な
る極性の（引き合う）可変電圧が供給され、電極板３７
Ａ，３７Ｂには同じ極性の（反発する）可変電圧が供給
されている。また、フランジ部１４，１５とテーブル６
との間には、不図示であるがそれぞれ例えば静電容量式
のギャップセンサが配置され、これらのギャップセンサ
で検出されるギャップが一定値を維持するように電極板
３８Ａ，３８Ｂ及び３７Ａ，３７Ｂに印加する電圧をサ
ーボ方式で制御することによって、フランジ部１４，１
５とテーブル６との間のギャップがそれぞれ所定の値に
維持されている。

【００３８】図３に戻り、上記のようにテーブル保持部
５０Ａ〜５０Ｃのフランジ部１４，１５とテーブル６と
の間は非接触に保たれているため、テーブル６はテーブ
ル保持部５０Ａ〜５０Ｃに対して軸１３が貫通孔６ｃ内
に収まっている範囲内で、ほぼ水平方向に円滑に変位す
ることができる。そこで、ＸＹステージ８の凹部とテー
ブル６の底面との間には、テーブル６をＸ方向、Ｙ方
向、及びＺ軸に平行な軸の周りの回転方向（θＺ方向）
に高精度に位置決めするための、互いに同一の静電アク
チュエータ２３Ａ〜２３Ｃが組み込まれている。

【００３９】その内の第１の静電アクチュエータ２３Ａ
は、ＸＹステージ８の凹部上に固定されてＸ軸に垂直な
３枚の電極板を備えた第１電極２４と、これらの３枚の
電極板の間に配置される２枚の電極板を備えてテーブル
６の底面に固定された第２電極２５とを備えている。ま
た、第１電極２４の周囲は箱状の容器で覆われており、
この箱状の容器の内部に誘電性液体２６が満たされてい
る。そして、図１のウエハステージ駆動系３２が、第１
電極２４の各電極板と第２電極２５の対応する電極板と
の間の電圧を制御することによって、テーブル６に対し
て＋Ｘ方向、又は−Ｘ方向への可変の駆動力が作用し
て、テーブル６はその駆動力の方向に変位する。この際
に誘電性液体２６によって、印加電圧に対して大きな駆
動力が得られている。なお、静電アクチュエータ２３Ａ
はテーブル保持部５０Ａ〜５０Ｃには影響を与えること
なくテーブル６のみに駆動力を与えている。

【００４０】また、その第１の静電アクチュエータ２３
Ａの両側に配置された第２、及び第３の静電アクチュエ
ータ２３Ｂ，２３Ｃは、静電アクチュエータ２３Ａを９
０°回転した方向に配置されている。従って、図２に示
すように、第１の静電アクチュエータ２３Ａによってテ
ーブル６にはＸ方向の駆動力ＦＸが作用するのに対し
て、両側の第２、及び第３の静電アクチュエータ２３
Ｂ，２３Ｃによってテーブル６にはそれぞれＹ方向の駆
動力ＦＹ１，ＦＹ２が作用する。従って、駆動力ＦＹ
１，ＦＹ２の方向を同じ方向にすることによって、テー
ブル６は＋Ｙ方向、又は−Ｙ方向に変位し、駆動力ＦＹ
１，ＦＹ２の方向を逆方向にすることによって、テーブ
ル６はＺ軸に平行な軸の周り（θＺ方向）に回転する。
このように３個の静電アクチュエータ２３Ａ〜２３Ｃを
用いることによって、テーブル６をＸ方向、Ｙ方向、θ
Ｚ方向に高精度に位置決めすることができる。

【００４１】次に本例の投影露光装置でウエハＷ上の各
ショット領域にレチクルＲのパターン像を露光する際の
全体の動作の一例につき説明する。まず、図２に示すテ
ーブル６上の段差部６ｃを通して、ウエハホルダ７上に
ウエハＷがロードされる。その後、図１において、不図
示のアライメントセンサを介してウエハＷ上の所定のア
ライメントマークの位置検出が行われ、この結果より主
制御系３３はウエハＷ上の各ショット領域の配列座標を
求める。次に、ウエハステージ駆動系３２は、平面モー
タを介してウエハベース３０上でＸＹステージ８を大ま
かに位置決めすることによって、ウエハＷ上の１番目の
ショット領域の中心を投影光学系ＰＬの露光領域のほぼ
中心に移動する。その後、ウエハステージ駆動系３２
は、レーザ干渉計３１によって計測されるテーブル６の
座標、及び回転角が所定の値になるように、図２の静電
アクチュエータ２３Ａ〜２３Ｃを介してテーブル６の高
精度な位置決めを行う。

【００４２】また、この位置決め動作と並行に、図３に
示すようにＡＦセンサ３４を介してウエハＷの表面の像
面に対するデフォーカス量が計測され、この計測結果に
基づいてウエハステージ駆動系３２は、オートフォーカ
ス方式、及びオートレベリング方式でＺ駆動部１０Ａ〜
１０Ｃを介してウエハＷの表面を像面に合わせ込む。こ
のようにウエハＷの合焦が行われ、かつテーブル６の位
置決めが完了した時点で、図１の照明光学系１からレチ
クルＲに露光光ＩＬが照射されて、レチクルＲのパター
ン像がウエハＷ上の当該ショット領域に露光される。そ
の後、平面モータを介してＸＹステージ８をステップ移
動することによって、ウエハＷ上の次のショット領域を
投影光学系ＰＬによる露光領域に移動した後、静電アク
チュエータ２３Ａ〜２３Ｃ、及びＺ駆動部１０Ａ〜１０
Ｃを介して最終的な位置決めを行って、レチクルＲのパ
ターン像を露光するという動作がステップ・アンド・リ
ピート方式で繰り返される。

【００４３】上記のように、本例のテーブル６は、テー
ブル保持部５０Ａ〜５０Ｃを介して非接触状態で保持さ
れているため、テーブル６には大きな外力が加わること
が無いと共に、ウエハＷはテーブル６の変形中立面の近
傍に配置されているため、外力によって位置決め精度が
低下する恐れは殆ど無い。また、テーブル６は、ＸＹス
テージ８に対して非接触の駆動装置であるＺ駆動部１０
Ａ〜１０Ｃ、及び静電アクチュエータ２３Ａ〜２３Ｃに
よって６自由度方向に駆動されているため、テーブル６
は極めて高精度に位置決めされる。

【００４４】なお、上記の実施の形態では、テーブル６
をほぼ水平方向に駆動する非接触の駆動装置として静電
アクチュエータ２３Ａ〜２３Ｃが使用されているが、こ
の代わりにリニアモータ等を使用してもよい。また、テ
ーブル６をＺ方向に駆動する駆動装置として、磁気力で
テーブル６の自重をほぼ支えると共に、ボイスコイルモ
ータ方式で駆動力を制御するＺ駆動部１０Ａ〜１０Ｃが
使用されているが、この代わりに例えば静電力を用いた
駆動装置等を使用してもよい。

【００４５】また、上記の実施の形態は、本発明を一括
露光型（ステッパー型）の投影露光装置のウエハステー
ジに適用したものであるが、本発明は、ステップ・アン
ド・スキャン方式のような走査露光型のウエハステージ
にも適用することができる。このように、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。

【００４６】

【発明の効果】本発明の第１の位置決め装置によれば、
位置決め対象物の載置面がテーブルの変形中立面近傍に
設定されているため、そのテーブルに外力が加わって
も、この外力による変形が位置決め精度の悪化につなが
らない。従って、ウエハ等の位置決め対象物を高精度に
位置決めできる利点がある。また、そのテーブルとして
比較的ヤング率は小さいが、線膨張率が小さく熱変形量
の小さい石英ガラス等を使用できるため、この点でも位
置決め精度が向上する。

【００４７】また、本発明の第２の位置決め装置によれ
ば、ステージに対してテーブルを支持するサブステージ
を駆動することで間接的にそのテーブルの高さ等を制御
し、更にそのステージに対してそのテーブルを水平方向
に駆動することで、例えば６自由度でそのテーブルの位
置決めを行っている。従って、ステージ側で発生する振
動をそのテーブルに殆ど伝えることなく、かつ小さい駆
動力で高精度にそのテーブルの位置決めを行うことがで
きる。

【００４８】次に、本発明の露光装置によれば、投影光
学系を構成する一部の光学部材を基板が載置されるテー
ブル上に配置しているため、この光学部材とその基板と
の間隔（作動距離）を容易に所望の値に維持することが
でき、その作動距離を殆ど考慮することなくその基板の
位置決め（合焦動作等を含む）を行うことができる。従
って、その投影光学系とその基板との作動距離が短くな
っても、その基板を高精度に位置決めできる利点があ
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
光装置を示す概略構成図である。

【図２】図１の投影露光装置のウエハステージ５を示す
平面図である。

【図３】図２のＡＡ線に沿う断面図である。

【図４】（ａ）はテーブル６とフランジ部１４，１５と
の間隔を所定範囲に保つための静圧気体軸受け機構を示
すフランジ部１４を除いた平面図、（ｂ）はその機構を
示す断面図である。

【図５】（ａ）はテーブル６とフランジ部１４，１５と
の間隔を所定範囲に保つための静電力を用いた機構を示
すフランジ部１４を除いた平面図、（ｂ）はその機構を
示す断面図である。

【図６】従来のウエハステージを示す構成図である。

【符号の説明】

１照明光学系２レチクルステージＲレチクルＰＬ投影光学系３投影光学系本体部４補正板５ウエハステージ６テーブル７ウエハホルダ８ＸＹステージ９Ａ，９Ｂ駆動素子１０Ａ〜１０ＣＺ駆動部１１Ａ〜１１Ｃ，１２Ａ，１２Ｂ板ばね２３Ａ〜２３Ｃ静電アクチュエータ３０ウエハベース３１レーザ干渉計３２ウエハステージ駆動系３３主制御系３４ＡＦセンサ５０Ａ〜５０Ｃテーブル保持部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベースと、位置決め対象物が載置されると共に前記ベースに対して
少なくとも１自由度を持つ方向に移動自在に配置された
テーブルと、該テーブルの位置を計測する位置計測装置と、該位置計測装置の計測値に基づいて前記テーブルを前記
ベースに対して駆動する駆動装置と、を有する位置決め
装置において、前記位置決め対象物の載置面が前記テーブルの変形中立
面の近傍に設定されていることを特徴とする位置決め装
置。
【請求項２】ベースと、前記ベースに対して少なくとも１自由度を持つ方向に移
動自在に配置されたステージと、該ステージに対して高さ及び傾斜角が可変に配置された
サブステージと、前記ステージに対する前記サブステージの高さ及び傾斜
角を制御する第１の駆動装置と、前記サブステージに対して所定の結合部材を介して高さ
方向に拘束された状態で結合され、前記ステージに対し
て所定範囲で水平方向に移動自在に配置されると共に、
位置決め対象物が載置されるテーブルと、前記ステージに対して前記テーブルを水平方向に駆動す
る第２の駆動装置と、を有することを特徴とする位置決
め装置。
【請求項３】請求項２記載の位置決め装置であって、前記第１、及び第２の駆動装置は、それぞれ非接触の駆
動装置であり、前記所定の結合部材は、静圧気体軸受け、又は静電力を
用いた非接触の間隔保持部材であることを特徴とする位
置決め装置。
【請求項４】請求項２、又は３記載の位置決め装置で
あって、前記第１の駆動装置は、磁気力を用いた駆動装置であ
り、前記第２の駆動装置は、静電力、又は電磁力を用いた駆
動装置であることを特徴とする位置決め装置。
【請求項５】請求項１〜４の何れか一項記載の位置決
め装置であって、前記テーブルは、光透過性材料より構成され、前記テーブルの側面を透過して前記テーブル上の位置決
め対象物の表面に斜めに光束を照射して、前記位置決め
対象物からの反射光を前記テーブルの側面を介して受光
することによって前記位置決め対象物の表面の高さを検
出する斜入射方式の面位置検出装置を設けたことを特徴
とする位置検出装置。
【請求項６】マスクパターンの像を基板上に投影する
投影光学系と、前記基板を載置して前記基板の前記投影光学系の光軸方
向の位置、及び２自由度の傾斜角を制御するテーブル
と、を有する露光装置において、前記投影光学系を構成する複数の光学部材の内の前記基
板に対向する所定の光学部材を前記基板を覆うように前
記テーブル上に載置した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、前記投影光学系の結像特性を補正するために、前記テー
ブルに対して前記所定の光学部材を少なくとも１自由度
の方向に駆動する光学部材駆動装置を設けたことを特徴
とする露光装置。