JP2011091298A

JP2011091298A - ステージ装置

Info

Publication number: JP2011091298A
Application number: JP2009245281A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Suzuki; 健太郎鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2011-05-06
Anticipated expiration: 2029-10-26
Also published as: JP5606039B2

Abstract

【課題】反射手段の取り付け誤差が生じても、粗動ステージに対する微動ステージの位置決めを精確に行う。
【解決手段】粗動Ｘステージ１１１の変位測定用の第１レーザ測長器１２１は粗動Ｘステージ１１１に配置される。微動ステージ１１２の変位測定用の第２レーザ測長器１２２は微動ステージ１１２に配置される。反射ミラー１１６は第１レーザ測長器１２１及び第２レーザ測長器１２２に対向するように固定体に配置される。微動ステージ１１２は粗動ステージ１１１上に配置されているので、粗動Ｘステージ１１１の移動に伴って共に粗動Ｘステージ１１１の移動方向と同一方向に移動する。このとき、制御装置１５０は、第１レーザ測長器１２１により測定される第１距離と、第２レーザ測長器１２２により測定される第２距離との差分値が一定値となる位置に微動ステージ１１２が移動するようリニアモータ１１５を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、粗動ステージ上に微動ステージが配置されるステージ装置に関するものである。

従来、半導体の投影露光装置や波面収差計測装置に搭載され、粗動ステージ上に微動ステージが配置されるステージ装置が提案されている（特許文献１参照）。この種のステージ装置では、高い精度で位置決めを行う際にレーザ測長器を用いるのが一般的である。レーザ測長器は、干渉縞により１波長（６３２ｎｍ）以下の計測することが可能で、長いストロークでの再現性、線形性に優れている。したがって、レーザ測長器を用いることで、粗動ステージ及び微動ステージをナノオーダーで位置決めすることが可能である。この種のステージ装置では、ステージの側面にミラーを配置し、ステージ外にレーザ測長器を配置するのが一般的である。

図４は、粗動ステージの上に微動ステージを配置した構成のステージ装置の概略的な図である。このステージ装置は、粗動Ｙステージ１０上に粗動Ｘステージ１１を配置し、さらにその上に微動ステージ１２を配置して構成される。粗動Ｙステージ１０はＹ軸案内レール１３上をＹ軸モータによりＹ軸方向に精度良く駆動される。また粗動Ｘステージ１１はＸ軸案内レール１４上をＸ軸モータによりＸ軸方向に精度良く駆動される。微動ステージ１２は、可動子と固定子とが非接触に構成されたリニアモータ１５によって、粗動Ｘステージ１１に対して非接触に浮上する。すなわち、微動ステージ１２は、粗動Ｘステージ１１に対して非接触となることにより、粗動Ｘステージ１１から流入する熱の外乱や、振動の外乱を絶縁する。よって微動ステージ１２上に搭載される投影露光装置の被加工物（ウェハ）２０もしくは波面収差計測装置の計測センサへの外乱の影響を小さくして精度よく位置決めすることが可能である。

粗動Ｘステージ１１の一側面には、反射ミラー１６が固定され、微動ステージ１２の一側面には、反射ミラー１７が固定されている。粗動Ｙステージ１０の一側面と直交する他側面には、反射ミラー１８が固定され、微動ステージ１２の一側面と直交する他側面には、反射ミラー１９が固定されている。反射ミラー１６，１７，１８，１９には、レーザ測長器２１，２２，２３，２４が対向して配置される。レーザ測長器２１，２２，２３，２４は、ステージ外部の固定体に固定されている。

レーザ測長器２１から出射されたレーザ光ＬＣｘは、反射ミラー１６によって反射され、レーザ測長器２１に戻り、参照光との干渉縞によって粗動Ｘステージ１１のＸ軸方向の位置を計測する。レーザ測長器２２から出射されたレーザ光ＬＦｘは、反射ミラー１７によって反射され、レーザ測長器２２に戻り、参照光との干渉縞によって微動ステージ１２のＸ軸方向の位置を計測する。レーザ測長器２３から出射されたレーザ光ＬＣｙは、反射ミラー１８によって反射され、レーザ測長器２３に戻り、参照光との干渉縞によって粗動Ｙステージ１０のＹ軸方向の位置を計測する。レーザ測長器２４から出射されたレーザ光ＬＦｙは、反射ミラー１９によって反射され、レーザ測長器２４に戻り、参照光との干渉縞によって微動ステージ１２のＹ軸方向の位置を計測する。

不図示の制御装置は、レーザ測長器２１，２２，２３，２４の干渉縞から得られた位置情報に基づきステージ駆動力を計算し、粗動Ｙステージ１０，粗動Ｘステージ１１及び微動ステージ１２を任意の位置へ高精度に位置決めすることが可能となる。

そして、例えば波面収差計測装置では、被検レンズに対向するようにセンサを微動ステージ上に搭載し、センサを一方向（例えば、Ｙ軸方向）に移動させて被検レンズの各像高位置にセンサの位置を一致させる制御を行う。このとき、粗動Ｙステージ１０のＹ軸方向への移動にさせる際に、粗動Ｘステージ１１に対する微動ステージ１２を一定とする制御を行う。

特開２００３−３４３５５９号公報

しかしながら、従来のステージ装置では、反射ミラー１６〜１９は、ステージ１０，１１，１２に固定されるが、取り付け誤差により反射ミラー１６〜１９が傾いて固定されることがある。そのため、粗動Ｘステージ１１と微動ステージ１２とが、粗動Ｙステージ１０のＹ軸方向への移動によって共に移動したとき、粗動Ｘステージ１１と微動ステージ１２との間に、見かけ上の相対的な変位が発生することがある。また、粗動ＸステージがＸ軸方向へ移動したときにも、粗動Ｙステージ１０と微動ステージ１２との間に、見かけ上の相対的な変位が発生することがある。

以下、図５を参照しながら具体的に説明すると、図５（ａ）に示すように、粗動Ｘステージ１１の一側面には、反射ミラー１６が左ミラーマウント２７と右ミラーマウント２８で固定される。このとき、反射ミラー１６は、左右のミラーマウント２７，２８の加工精度や人的作業による取り付け誤差により、実際には粗動Ｘステージ１１の移動方向に対して傾いて固定されることがある。この傾き角度をθ_１とする。また、微動ステージ１２の一側面には、反射ミラー１７が左ミラーマウント３０と右ミラーマウント３１で固定されている。このとき、反射ミラー１７は、左右のミラーマウント３０，３１の加工精度や人的作業による取り付け誤差により、実際には粗動Ｘステージ１１の移動方向に対して傾いて固定されることがある。この傾き角度をθ_２とする。また、レーザ測長器２１により測定される反射ミラー１６からレーザ測長器２１までの距離をＸ_１、レーザ測長器２２により測定される反射ミラー１７からレーザ測長器２２までの距離をＸ_２とする。そして、粗動Ｙステージ１０がＹ軸方向に移動する前の距離Ｘ_１をｘ_１、距離Ｘ_２をｘ_２とする。

図５（ｂ）は、粗動Ｙステージ１０がＹ軸の正方向に距離ｌだけ駆動した状態を示している。粗動Ｘステージ１１がｌだけＹ軸の正方向に移動した時にレーザ測長器２１により測定される距離Ｘ_１をｘ_１’、レーザ測長器２２により測定される距離Ｘ_２をｘ_２’とする。ここで、移動前のレーザ光ＬＣｘの距離ｘ_１と、粗動Ｘステージ１１がｌだけＹ軸の正方向に移動した時のレーザ光ＬＣｘの距離ｘ_１’との差分値は、｜ｘ_１’−ｘ_１｜＝ｌ×ｔａｎθ_１である。したがって、レーザ測長器２１は、Ｘ軸の負方向に粗動Ｘステージ１１がｌ×ｔａｎθ_１動いたように測定してしまう。また微動ステージ１２についても同様に、レーザ測長器２２は、｜ｘ_２’−ｘ_２｜＝ｌ×ｔａｎθ_２だけＸ軸の正方向に粗動Ｘステージ１１が動いたように測定してしまう。つまり、微動ステージ１２は、粗動Ｘステージ１１に対して粗動Ｙステージ１０の移動方向と直交方向に見かけ上の変位ｌ×ｔａｎθ_１＋ｌ×ｔａｎθ_２だけ移動したように測定されてしまう。このとき、制御装置は、粗動Ｘステージ１１に対する微動ステージ１２の相対距離｜Ｘ_１−Ｘ_２｜を一定とする制御を行うが、微動ステージ１２は、この制御によりｌ×ｔａｎθ_１＋ｌ×ｔａｎθ_２だけ粗動Ｘステージ１１に対してＸ軸方向に移動してしまう。

そこで、本発明は、反射手段の取り付け誤差が生じても、粗動ステージに対する微動ステージの位置決めを精確に行うことができるステージ装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、固定体に対して移動可能な粗動ステージと、前記粗動ステージの上に配置され、微動ステージ駆動手段の駆動により前記粗動ステージに対して前記粗動ステージの移動方向と直交する方向に移動可能な微動ステージと、を備えたステージ装置において、前記粗動ステージに配置され、前記粗動ステージの変位測定用の第１レーザ測長器と、前記微動ステージに配置され、前記微動ステージの変位測定用の第２レーザ測長器と、前記第１レーザ測長器及び前記第２レーザ測長器に対向するように前記固定体に配置され、前記第１レーザ測長器及び前記第２レーザ測長器に共通の反射手段と、前記粗動ステージの移動に伴って前記微動ステージが共に前記粗動ステージの移動方向と同一方向に移動する際に、前記第１レーザ測長器により測定される前記反射手段からの第１距離と、前記第２レーザ測長器により測定される前記反射手段からの第２距離との差分値が一定値となる位置に前記微動ステージが移動するよう前記微動ステージ駆動手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、各レーザ測長器により測定された第１距離及び第２距離に反射手段の取り付け誤差分が含まれているとしても、第１距離と第２距離との差分値では、誤差分が打ち消し合う。したがって、粗動ステージに対する微動ステージの位置を一定に制御する際に、反射手段の取り付け誤差の影響を低減することができ、粗動ステージに対する微動ステージの位置決めを精確に行うことができる。

本発明の実施の形態に係るステージ装置を示す斜視図である。ステージ装置の側面図であり、（ａ）は、図１中矢印Ａ方向から見たステージ装置を示す図、（ｂ）は、図１中矢印Ｂ方向から見たステージ装置を示す図である。ステージ装置を備えた波面収差測定装置の説明図である。従来のステージ装置を示す斜視図である。従来のステージ装置の動作の説明図であり、（ａ）は、粗動Ｙステージを移動させる前の状態を示す図、（ｂ）は、粗動Ｙステージを移動させた後の状態を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示すように、ステージ装置１００は、固定体である固定ベース１３０上に配置された粗動Ｙステージ１１０と、粗動Ｙステージ１１０上に配置された粗動ステージとしての粗動Ｘステージ１１１と、を備えている。これら粗動Ｘステージ１１１及び粗動Ｙステージ１１０により粗動ＸＹステージが構成されている。また、ステージ装置１００は、粗動Ｘステージ１１１上に配置された微動ステージ１１２を備えている。この微動ステージ１１２上には、移動対象物が設置される。ステージ装置１００は、装置全体を制御する制御手段としての制御装置１５０を備えている。固定ベース１３０上には、Ｙ軸方向に延びるＹ軸案内レール１１３が固定され、粗動Ｙステージ１１０は、Ｙ軸案内レール１１３に沿ってＹ軸方向に移動する。粗動Ｙステージ１１０上には、Ｙ軸方向と直交するＸ軸方向に延びるＸ軸案内レール１１４が固定され、粗動Ｘステージ１１１は、Ｘ軸案内レール１１４に沿ってＸ軸方向に移動する。

粗動Ｙステージ１１０は、粗動ステージ駆動手段であるＹ軸モータ１３３により駆動され、固定ベース１３０に対してＹ軸方向に移動可能となる。また、粗動Ｘステージ１１１は、粗動ステージ駆動手段であるＸ軸モータ１３５により駆動され、粗動Ｙステージ１１０に対してＸ軸方向に移動可能である。つまり、粗動Ｘステージ１１１は、粗動Ｙステージ１１０上に配置されているので、固定ベース１３０に対して、Ｘ軸モータ１３５の駆動によりＸ軸方向に、Ｙ軸モータ１３３の駆動によりＹ軸方向に移動可能である。

微動ステージ１１２は、微動ステージ駆動手段としてのリニアモータ１１５によりＸ軸方向及びＹ軸方向を含む６軸（６自由度）方向に駆動される。したがって、微動ステージ１１２は、リニアモータ１１５の駆動により粗動Ｙステージ１１０に対して少なくともＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。つまり、微動ステージ１１２は、粗動Ｘステージ１１１の移動方向であるＹ軸方向に対して直交するＸ軸方向に移動可能であり、また、粗動Ｘステージ１１１の移動方向であるＸ軸方向に対して直交するＹ軸方向に移動可能である。このリニアモータ１１５は、粗動Ｘステージ１１１の上面に固定された固定子１１５ａと、微動ステージ１１２の下面に固定された可動子１１５ｂとからなり、固定子１１５ａと可動子１１５ｂとが非接触に構成されている。つまり、微動ステージ１１２は、リニアモータ１１５の固定子１１５ａに対して推力を出す可動子１１５ｂによって支持、駆動される。固定子１１５ａと可動子１１５ｂとの隙間は数ミリであり、微動ステージ１１２はこの隙間の分だけ移動可能である。微動ステージ１１２は、リニアモータ１１５により粗動Ｘステージ１１１に対して非接触となるので、粗動Ｘステージ１１１から流入する熱の外乱や振動の外乱から絶縁される。

制御装置１５０には、Ｘ軸モータ１３５，Ｙ軸モータ１３３，リニアモータ１１５を駆動する駆動装置１５１が接続されている。したがって、制御装置１５０は、駆動装置１５１を介してＸ軸モータ１３５，Ｙ軸モータ１３３，リニアモータ１１５の動作を制御し、各モータの駆動により粗動Ｘステージ１１１，粗動Ｙステージ１１０，微動ステージ１１２を移動させる。

微動ステージ１１２上には、移動対象物として保持プレート１２０を介してセンサ１２８が設けられている。このセンサ１２８は、例えば不図示の被検レンズの収差測定用のセンサである。このセンサ１２８には、粗動Ｘステージ１１１に固定されたケーブル１２７が接続され、センサ１２８による検知信号がケーブル１２７を介して制御装置１５０に出力される。この微動ステージ上に配置したセンサ１２８に接続されるケーブル１２７は、撓み変形が可能であり、略Ｕ字形状に屈曲した状態に折り曲げられて、粗動Ｘステージ１１１と微動ステージ１１２との間に引き回されている。

本実施の形態では、ステージ装置１００は、粗動Ｘステージ１１１のＸ軸方向の変位測定用の第１レーザ測長器１２１と、微動ステージ１１２のＸ軸方向の変位測定用の第２レーザ測長器１２２と、を備えている。更に、ステージ装置１００は、第１レーザ測長器１２１及び第２レーザ測長器１２２に共通の反射手段である反射ミラー１１６を備えている。第１レーザ測長器１２１は、粗動Ｘステージ１１１上のＸ軸方向の端部に固定して配置されており、第２レーザ測長器１２２は、微動ステージ１１２上のＸ軸方向の端部に固定して配置されている。また、反射ミラー１１６は、第１レーザ測長器１２１及び第２レーザ測長器１２２に対向するように固定体としての固定部材１４１（図２（ａ）参照）に固定して配置されている。

また、ステージ装置１００は、粗動Ｘステージ１１１のＹ軸方向の変位測定用の第１レーザ測長器１２３と、微動ステージ１１２のＹ軸方向の変位測定用の第２レーザ測長器１２４と、を備えている。更に、ステージ装置１００は、第１レーザ測長器１２３及び第２レーザ測長器１２４に共通の反射手段である反射ミラー１１８を備えている。第１レーザ測長器１２３は、粗動Ｘステージ１１１上のＹ軸方向の端部に固定して配置されており、第２レーザ測長器１２４は、微動ステージ１１２上のＹ軸方向の端部に固定して配置されている。また、反射ミラー１１８は、第１レーザ測長器１２３及び第２レーザ測長器１２４に対向するように固定体としての固定部材１４２（図２（ｂ）参照）に固定して配置されている。

以上の構成により、第１レーザ測長器１２１から出射されたレーザ光ＭＣｘは、反射ミラー１１６によって反射され、第１レーザ測長器１２１に戻り、参照光との干渉縞によって反射ミラー１１６を基準とする粗動Ｘステージ１１１のＸ軸方向の位置を計測する。第２レーザ測長器１２２から出射されたレーザ光ＭＦｘは、反射ミラー１１６によって反射され、第２レーザ測長器１２２に戻り、参照光との干渉縞によって反射ミラー１１６を基準とする微動ステージ１１２のＸ軸方向の位置を計測する。つまり、レーザ光ＭＣｘとレーザ光ＭＦｘとは、反射ミラー１１６の同一表面上で反射する。

また、第１レーザ測長器１２３から出射されたレーザ光ＭＣｙは、反射ミラー１１８によって反射され、第１レーザ測長器１２３に戻り、参照光との干渉縞によって反射ミラー１１８を基準とする粗動Ｘステージ１１１のＹ軸方向の位置を計測する。第２レーザ測長器１２４から出射されたレーザ光ＭＦｙは、反射ミラー１１８によって反射され、第２レーザ測長器１２４に戻り、参照光との干渉縞によって反射ミラー１１８を基準とする微動ステージ１１２のＹ軸方向の位置を計測する。つまり、レーザ光ＭＣｙとレーザ光ＭＦｙとは、反射ミラー１１８の同一表面上で反射する。

ところで、本実施の形態では、粗動Ｘステージ１１１が一方向へ移動するときに、微動ステージ１１２は、粗動Ｘステージ１１１の移動に伴って粗動Ｘステージ１１１と共に同一方向へ移動する。つまり、Ｙ軸モータ１３３の駆動により粗動Ｙステージ１１０をＹ軸方向へ移動させた場合には、粗動Ｘステージ１１１は粗動Ｙステージ１１０と共にＹ軸方向に移動するが、微動ステージ１１２は粗動Ｘステージ１１１の移動に伴ってＹ軸方向に移動する。同様に、Ｘ軸モータ１３５の駆動により粗動Ｘステージ１１１をＸ軸方向へ移動させた場合には、微動ステージ１１２は、この粗動Ｘステージ１１１の移動に伴って、Ｘ軸方向に移動する。

ここで、粗動Ｙステージ１１０は、Ｙ軸案内レール１１３で固定ベース１３０に対するＸ軸方向の移動が規制されているので、Ｙ軸方向に精確に移動する。また、粗動Ｘステージ１１１は、Ｘ軸案内レール１１４で粗動Ｙステージ１１０に対するＹ軸方向の移動が規制されているので、Ｘ軸方向に精確に移動する。

これに対し、本実施の形態では、微動ステージ１１２は、粗動Ｘステージ１１１上を少なくともＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能にリニアモータ１１５によって浮上状態で支持されており、外力によって移動しやすい。特に、本実施の形態では、粗動Ｘステージ１１１と微動ステージ１１２との間には、撓み変形したケーブル１２７が引き回されているので、微動ステージ１１２には、ケーブル１２７の撓み変形による弾性力が作用している。

したがって、本実施の形態では、制御装置１５０は、粗動Ｘステージ１１１に対する微動ステージ１１２の位置を一定とする制御を行う。以下、具体的に説明すると、制御装置１５０は、移動対象物であるセンサ１２８をＹ軸方向へ移動させる際には、Ｙ軸モータ１３３の駆動により粗動Ｙステージ１１０を移動させて粗動Ｘステージ１１１をＹ軸方向に移動させる制御を行う。Ｘ軸モータ１３５による駆動は停止している。このとき、制御装置１５０は、図２（ａ）に示す第１レーザ測長器１２１により測定される反射ミラー１１６からの第１距離Ｘ１と、第２レーザ測長器１２２により測定される反射ミラー１１６からの第２距離Ｘ２との差分値｜Ｘ１−Ｘ２｜を演算する。この差分値｜Ｘ１−Ｘ２｜は、粗動Ｘステージ１１１に対する微動ステージ１１２のＸ軸方向の相対距離である。そして、制御装置１５０は、粗動Ｘステージ１１１に対する微動ステージ１１２のＸ軸方向の位置が一定となるように、差分値｜Ｘ１−Ｘ２｜が一定値となる位置に微動ステージ１１２が移動するようリニアモータ１１５を制御する。また、制御装置１５０は、図２（ｂ）に示す第１レーザ測長器１２３により測定される反射ミラー１１８からの第１距離Ｙ１と、第２レーザ測長器１２４により測定される反射ミラー１１８からの第２距離Ｙ２との差分値｜Ｙ１−Ｙ２｜を演算する。この差分値｜Ｙ１−Ｙ２｜は、粗動Ｘステージ１１１に対する微動ステージ１１２のＹ軸方向の相対距離である。そして、制御装置１５０は、粗動Ｘステージ１１１に対する微動ステージ１１２のＹ軸方向の位置が一定となるように、差分値｜Ｙ１−Ｙ２｜が一定値となる位置に微動ステージ１１２が移動するようリニアモータ１１５を制御する。

ここで、反射ミラー１１８が取り付け誤差等により傾いて固定部材１４２に固定されていても、粗動Ｘステージ１１１はＸ軸方向には移動しないので、レーザ光ＭＣｙ，ＭＦｙは、反射ミラー１１８の表面上の同一点で反射することとなる。したがって、第１レーザ測長器１２３及び第２レーザ測長器１２４により測定された第１距離Ｙ１及び第２距離Ｙ２には、反射ミラー１１８の傾斜による取り付け誤差分が加わるのが抑制されている。したがって、演算した差分値｜Ｙ１−Ｙ２｜は、誤差により変動することはないので、微動ステージ１１２のＹ軸方向の位置決めを精確に行うことができる。

これに対し、反射ミラー１１６が取り付け誤差等により傾いて固定部材１４１に固定されていると、粗動Ｘステージ１１１はＹ軸方向に移動しているので、レーザ光ＭＣｘ，ＭＦｘは、反射ミラー１１６の表面上のＹ軸方向の異なる点で反射することとなる。したがって、第１レーザ測長器１２１及び第２レーザ測長器１２２により測定された第１距離Ｘ１及び第２距離Ｘ２には、反射ミラー１１６の傾斜による取り付け誤差分が加わる。ところが、本実施の形態では、レーザ光ＭＣｘ，ＭＦｘは、共通の反射ミラー１１６で反射するので、測定された第１距離Ｘ１及び第２距離Ｘ２には、同一の誤差分が重畳されることとなり、差分値｜Ｘ１−Ｘ２｜を演算すると、誤差分が打ち消し合う。したがって、差分値｜Ｘ１−Ｘ２｜が反射ミラー１１６の取り付け誤差により変動するのを回避することができ、差分値｜Ｘ１−Ｘ２｜を一定値にする制御の際に反射ミラー１１６の誤差の影響を低減することができる。ゆえに、粗動Ｘステージ１１１に対する微動ステージ１１２のＸ軸方向の位置決めを精確に行うことができる。

次に、制御装置１５０は、移動対象物であるセンサ１２８をＸ軸方向へ移動させる際には、Ｘ軸モータ１３５の駆動により粗動Ｘステージ１１１をＸ軸方向に移動させる制御を行う。Ｙ軸モータ１３３による駆動は停止している。このとき、制御装置１５０は、第１レーザ測長器１２１により測定される反射ミラー１１６からの第１距離Ｘ１と、第２レーザ測長器１２２により測定される反射ミラー１１６からの第２距離Ｘ２との差分値｜Ｘ１−Ｘ２｜を演算する。そして、制御装置１５０は、粗動Ｘステージ１１１に対する微動ステージ１１２のＸ軸方向の位置が一定となるように、差分値｜Ｘ１−Ｘ２｜が一定値となる位置に微動ステージ１１２が移動するようリニアモータ１１５を制御する。また、制御装置１５０は、第１レーザ測長器１２３により測定される反射ミラー１１８からの第１距離Ｙ１と、第２レーザ測長器１２４により測定される反射ミラー１１８からの第２距離Ｙ２との差分値｜Ｙ１−Ｙ２｜を演算する。そして、制御装置１５０は、粗動Ｘステージ１１１に対する微動ステージ１１２のＹ軸方向の位置が一定となるように、差分値｜Ｙ１−Ｙ２｜が一定値となる位置に微動ステージ１１２が移動するようリニアモータ１１５を制御する。

ここで、反射ミラー１１６が取り付け誤差等により傾いて固定部材１４１に固定されていても、粗動Ｘステージ１１１はＹ軸方向には移動しないので、レーザ光ＭＣｘ，ＭＦｘは、反射ミラー１１６の表面上の同一点で反射することとなる。したがって、第１レーザ測長器１２１及び第２レーザ測長器１２２により測定された第１距離Ｘ１及び第２距離Ｘ２には、反射ミラー１１６の傾斜による取り付け誤差分が加わるのが抑制されている。したがって、演算した差分値｜Ｘ１−Ｘ２｜は、誤差により変動することはないので、微動ステージ１１２のＸ軸方向の位置決めを精確に行うことができる。

これに対し、反射ミラー１１８が取り付け誤差等により傾いて固定部材１４２に固定されていると、粗動Ｘステージ１１１はＸ軸方向に移動しているので、レーザ光ＭＣｙ，ＭＦｙは、反射ミラー１１８の表面上のＸ軸方向の異なる点で反射することとなる。したがって、第１レーザ測長器１２３及び第２レーザ測長器１２４により測定された第１距離Ｙ１及び第２距離Ｙ２には、反射ミラー１１８の傾斜による取り付け誤差分が加わる。ところが、本実施の形態では、レーザ光ＭＣｙ，ＭＦｙは、共通の反射ミラー１１８で反射するので、測定された第１距離Ｙ１及び第２距離Ｙ２には、同一の誤差分が重畳されることとなり、差分値｜Ｙ１−Ｙ２｜を演算すると、誤差分が打ち消し合う。したがって、差分値｜Ｙ１−Ｙ２｜が反射ミラー１１８の取り付け誤差により変動するのを回避することができ、差分値｜Ｙ１−Ｙ２｜を一定値にする制御の際に反射ミラー１１８の誤差の影響を低減することができる。ゆえに、粗動Ｘステージ１１１に対する微動ステージ１１２のＹ軸方向の位置決めを精確に行うことができる。

次に、制御装置１５０は、移動対象物であるセンサ１２８をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させる際には、Ｘ軸モータ１３５の駆動により粗動Ｘステージ１１１をＸ軸方向に移動させ、Ｙ軸モータ１３３の駆動により粗動Ｙステージ１１０をＹ軸方向へ移動させる。このとき、制御装置１５０は、差分値｜Ｘ１−Ｘ２｜が一定値となる位置及び差分値｜Ｙ１−Ｙ２｜が一定値となる位置に微動ステージ１１２が移動するようリニアモータ１１５を制御する。この場合、第１距離Ｘ１及び第２距離Ｘ２には、反射ミラー１１６の誤差分、第１距離Ｙ１及び第２距離Ｙ２には、反射ミラー１１８の誤差分が重畳されるが、差分値｜Ｘ１−Ｘ２｜，｜Ｙ１−Ｙ２｜を演算することにより、これら誤差分が打ち消し合う。従って、差分値｜Ｘ１−Ｘ２｜，｜Ｙ１−Ｙ２｜が反射ミラー１１６，１１８の取り付け誤差により変動するのを回避でき、差分値｜Ｘ１−Ｘ２｜，｜Ｙ１−Ｙ２｜を一定値にする制御の際に反射ミラー１１６，１１８の誤差の影響を低減することができる。ゆえに、粗動Ｘステージ１１１に対する微動ステージ１１２のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置決めを精確に行うことができる。

ここで、制御装置１５０が差分値を一定値にするようリニアモータ１１５を制御することで、微動ステージ１１２に作用するケーブル１２７の撓み変形による弾性力に抗して、弾性力が作用する方向とは反対方向に微動ステージ１１２に駆動力が作用する。つまり、差分値が変動しないので、ケーブル１２７の弾性力と釣り合うリニアモータ１１５による駆動力（推力）が一定となる。この制御により、ケーブル１２７の形状が一定に保たれ、ケーブル１２７の持つ弾性力が一定となり、リニアモータ１１５の推力を一定として任意のストローク位置でのリニアモータ１１５の発熱量を一定とすることができる。そして、リニアモータ１１５の発熱量が一定となるので、熱変動による微動ステージ１１２の変形を低減することができ、微動ステージ１１２に搭載するセンサ１２８（移動対象物）の位置決め精度を向上させることができる。

次に、上述したステージ装置を波面収差測定装置に搭載した場合について、図３を参照しながら説明する。波面収差測定装置Ｓは、上述したステージ装置に対応するＲＳステージ１００ａと、ＴＳステージ１００ｂとを備えている。このＲＳステージ１００ａは、ＲＳステージ基盤２４１上に配置されたＲＳ粗動Ｙステージ２１０と、ＲＳ粗動Ｙステージ２１０上に配置されたＲＳ粗動Ｘステージ２１１と、ＲＳ粗動Ｘステージ２１１上に配置されたＲＳ微動ステージ２１６とを備えている。また、ＴＳステージ１００ｂは、ＴＳステージ基盤２４０上に配置されたＴＳ粗動Ｙステージ２３２と、ＴＳ粗動Ｙステージ２３２上に配置されたＴＳ粗動Ｘステージ２３３と、ＴＳ粗動Ｘステージ２３３上に配置されたＴＳ微動ステージ２３９とを備えている。

波面収差測定装置Ｓは、露光用投影レンズ等の被検レンズ２２９の軸外の収差、像面湾曲およびディストーション等を測定することを目的としている。この波面収差測定装置Ｓは、被検レンズ２２９の使用波長に近い発振波長を有する可干渉性のよい光源２００（例えば、レーザ光源等）からの光を干渉計ユニット２０１へ導光する。この光源２００からの光は光路の途中で被検光と参照光とに分岐する。まず被検光の光路について説明する。干渉計ユニット２０１の内部においては、集光レンズ２０２により空間フィルター２０３上に光が集められる。ここで、空間フィルター２０３の径はコリメータレンズ２０５のＮＡ（開口数）により定まるエアリーディスク径の１／２程度に設定されている。これにより、空間フィルター２０３からの出射光は理想球面波となり、ハーフミラー２０４を透過後、コリメータレンズ２０５により平行光に変換されて、干渉計ユニット２０１から出射する。

その後、被検光は引き回し光学系２０９により被検レンズ２２９の物体面の上部へと導かれ、ＴＳステージ１００ｂ上へと入射される。そして、被検光はＴＳステージ基盤２４０上に固定配置された不図示のミラーによりＹ軸方向に反射され、さらに、ＴＳ粗動Ｙステージ２３２上に配置された不図示のＹ移動ミラーによりＸ軸方向に反射される。次いで、被検光はＴＳ微動ステージ２３９上に配置されたＸ移動ミラー２３１によりＺ軸方向へと反射される。さらに、ＴＳ微動ステージ２３９上に配置されたＴＳレンズ２３０により被検レンズ２２９の物体面上へと集光され、被検レンズ２２９を透過後に、像面２４２上に再結像される。その後、被検光はＲＳステージ１００ａ上に配置された反射素子（反射光学系）２２８により反射される。被検光は反射素子２２８に反射された後、被検レンズ２２９、ＴＳレンズ２３０、Ｘ移動ミラー、Ｙ移動ミラー、引き回し光学系２０９を略同一光路で逆行し、再び干渉計ユニット２０１へと入射する。被検光は、干渉計ユニット２０１へ入射した後にコリメータレンズ２０５を通り、ハーフミラー２０４で反射され、空間フィルター２０６上に集光される。ここで、空間フィルター２０６は、迷光及び急傾斜波面を遮断するためのものである。空間フィルター２０６を通過した後、結像レンズ２０７によりＣＣＤカメラ（光検出器）２０８上にほぼ平行光束として入射する。

一方、参照光は、光がＸ移動ミラーからＴＳレンズ２３０へ入射し、その一部がＴＳレンズ２３０面で反射されたものである。つまり、ＴＳレンズ２３０の最終面であるフィゾー面からの表面反射光が同一光路で逆行し、参照光としてＣＣＤカメラ２０８上へと入射する。これら、参照光と被検光との重ね合わせにより干渉縞が得られる。

ここで、波面収差測定装置Ｓの任意の像高位置に移動させる際、ディストーション・像面歪曲を補償するため、ＲＳ微動ステージ２１６上に搭載される反射素子２２８（反射光学系）の形状精度、再現性を補償することが必要である。そのために、例えば反射素子２２８に不図示の形状センサもしくは形状を補償するような不図示の機構を取り付けて、反射素子２２８の形状が任意の像高位置において一定であることを確認し、装置性能を保証することが一般的である。この形状センサもしくは形状を補償する機構へ電源を供給するためのケーブル、もしくは形状データを監視する機構と形状の信号をやり取りするためのケーブル２２７がＲＳ微動ステージ２１６とＲＳ粗動Ｘステージ２１１との間に引き回される。ＴＳステージ１００ｂについても同様に、ＴＳ微動ステージ２３９とＴＳ粗動Ｘステージ２３３との間にケーブル２４３が引き回される。

ここで、制御装置１５０は、ホストコンピュータ１５２からの指令に基づき、ＲＳステージ駆動装置１５１ａ及びＴＳステージ駆動装置１５１ｂを介してＲＳステージ１００ａ及びＴＳステージ１００ｂを被検レンズ２２９の任意の像高位置へと移動可能である。像高位置は数ミリ間隔でＸＹ軸方向に何点か存在し、制御装置１５０は、微動ステージ２１６，２３９上に配置した不図示のセンサを各像高位置に移動させる制御を行う。その結果、露光領域内の任意像点における波面収差を連続で測定することが可能となっている。

ＲＳ粗動Ｘステージ２１１上には、Ｘ軸方向の第１レーザ測長器２２１が、ＲＳ微動ステージ２１６上には、Ｘ軸方向の第２レーザ測長器２２３が配置されている。なお、図示は省略するが、Ｙ軸方向にも同様に、各ステージ２１１，２１６にレーザ測長器が配置されている。各レーザ測長器２２１，２２３から出射されたレーザ光ＲＣｘ，ＲＦｘは、共通の反射ミラー２２５にて反射され、各レーザ測長器２２１，２２３に戻る。各レーザ測長器２２１，２２３は、参照光との干渉縞によって反射ミラー２２５を基準とする各ステージ２１１，２１６のＸ軸方向の位置を計測する。Ｙ軸方向についても同様である。

また、ＴＳ粗動Ｘステージ２３３上には、Ｘ軸方向の第１レーザ測長器２３６が、ＴＳ微動ステージ２３９上には、Ｘ軸方向の第２レーザ測長器２３７が配置されている。なお、図示は省略するが、Ｙ軸方向にも同様に、各ステージ２３３，２３９にレーザ測長器が配置されている。各レーザ測長器２３６，２３７から出射されたレーザ光ＴＣｘ，ＴＦｘは、共通の反射ミラー２３８にて反射され、各レーザ測長器２３６，２３７に戻る。各レーザ測長器２３６，２３７は、参照光との干渉縞によって反射ミラー２３８を基準とする各ステージ２３３，２３９のＸ軸方向の位置を計測する。Ｙ軸方向についても同様である。

ＸＹ軸方向に所定間隔で点在する各像高位置へセンサを移動させる際には、センサをＹ軸方向に並ぶ各像高位置へ移動させた後、所定間隔だけセンサをＸ軸方向へ移動させ、再びＹ軸方向に並ぶ各像高位置へ移動させる動作を繰り返す。ＲＳ微動ステージ２１６上のセンサをＹ軸方向に移動させる場合、第１レーザ測長器２２１により測定される第１距離と、第２レーザ測長器２２３により測定される第２距離との差分値が一定値となるように、ＲＳ微動ステージ２１６を駆動する。この差分値を一定値とすることで、ＲＳ微動ステージ２１６に対するＲＳ粗動Ｘステージ２１１の相対距離が一定となり、Ｙ軸方向の任意の像高位置において計測可能となる。ＴＳステージ１００ｂについても同様である。

これによりケーブル２２７，２４３の変位による弾性力をＹ軸方向の任意の像高位置において一定とすることができる。したがって、ＲＳ微動ステージ２１６を駆動するリニアモータ２１９の発熱量はＹ軸方向の任意の像高位置において一定となり、熱の変動は発生しないので、高精度の波面収差計測が可能である。同様に、ＴＳ微動ステージ２３９を駆動するリニアモータ２３５の発熱量はＹ軸方向の任意の像高位置において一定となり、熱の変動は発生しないので、高精度の波面収差計測が可能である。

以上で本発明を適用できる好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲で様々な変形や変更が可能である。上記実施の形態では、ステージ装置が粗動ＸＹステージを備える場合について説明したが、これに限定するものではなく、粗動ＸＹステージに代えて粗動Ｘステージを備える場合についても本発明は適用可能である。この場合も粗動Ｘステージ上に微動ステージが配置される。

また、上記実施の形態では、ステージ装置を波面収差測定装置に適用した場合について説明したが、これに限定するものではなく、投影露光装置等、あらゆる装置に適用可能である。

１００ステージ装置
１１１粗動Ｘステージ（粗動ステージ）
１１２微動ステージ
１１５リニアモータ（微動ステージ駆動手段）
１１６反射ミラー（反射手段）
１１８反射ミラー（反射手段）
１２１第１レーザ測長器
１２２第２レーザ測長器
１２３第１レーザ測長器
１２４第２レーザ測長器
１３０固定ベース（固定体）
１４１固定部材（固定体）
１４２固定部材（固定体）
１５０制御装置（制御手段）

Claims

固定体に対して移動可能な粗動ステージと、前記粗動ステージの上に配置され、微動ステージ駆動手段の駆動により前記粗動ステージに対して前記粗動ステージの移動方向と直交する方向に移動可能な微動ステージと、を備えたステージ装置において、
前記粗動ステージに配置され、前記粗動ステージの変位測定用の第１レーザ測長器と、
前記微動ステージに配置され、前記微動ステージの変位測定用の第２レーザ測長器と、
前記第１レーザ測長器及び前記第２レーザ測長器に対向するように前記固定体に配置され、前記第１レーザ測長器及び前記第２レーザ測長器に共通の反射手段と、
前記粗動ステージの移動に伴って前記微動ステージが共に前記粗動ステージの移動方向と同一方向に移動する際に、前記第１レーザ測長器により測定される前記反射手段からの第１距離と、前記第２レーザ測長器により測定される前記反射手段からの第２距離との差分値が一定値となる位置に前記微動ステージが移動するよう前記微動ステージ駆動手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするステージ装置。
前記粗動ステージと前記微動ステージとの間には、前記微動ステージの上に配置した移動対象物に接続されるケーブルが引き回されており、
前記制御手段は、前記微動ステージに作用する前記ケーブルの撓み変形による弾性力に抗して、前記弾性力が作用する方向とは反対方向に前記微動ステージに駆動力を作用するよう前記微動ステージ駆動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
前記微動ステージ駆動手段は、固定子と、前記固定子に対して非接触に配置される可動子とからなるリニアモータであることを特徴とする請求項１又は２に記載のステージ装置。