JP2001110717A

JP2001110717A - ステージ装置およびステージ制御方法並びに露光装置

Info

Publication number: JP2001110717A
Application number: JP29168999A
Authority: JP
Inventors: Masato Takahashi; 正人高橋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-10-13
Filing date: 1999-10-13
Publication date: 2001-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】ステージ本体の移動に伴う反力の影響を抑止
する。【解決手段】試料を保持して駆動されるステージ本体
２、５と、ステージ本体２，５の駆動に伴う反力に対抗
する推力を発生する推力発生機構１３、４６、３１、４
８とを備えたステージ装置４、７において、ステージ本
体２、５の作動に要する時間と推力発生機構の作動に要
する時間との時間差に基づいてステージ本体２、５およ
び推力発生機構１３、４６、３１、４８の作動タイミン
グを調整する調整装置６２を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスクや基板等の
試料を保持するステージ本体が移動するステージ装置、
およびこのステージ装置に保持されたマスクと基板とを
用いて露光処理を行う露光装置に関し、特に半導体集積
回路や液晶ディスプレイ等のデバイスを製造する際に、
リソグラフィ工程で用いて好適なステージ装置および露
光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体デバイスの製造工程の
１つであるリソグラフィ工程においては、マスク又はレ
チクル（以下、レチクルと称する）に形成された回路パ
ターンをレジスト（感光剤）が塗布されたウエハ又はガ
ラスプレート等の基板上に転写する種々の露光装置が用
いられている。

【０００３】例えば、半導体デバイス用の露光装置とし
ては、近年における集積回路の高集積化に伴うパターン
の最小線幅（デバイスルール）の微細化に応じて、レチ
クルのパターンを投影光学系を用いてウエハ上に縮小転
写する縮小投影露光装置が主として用いられている。

【０００４】この縮小投影露光装置としては、レチクル
のパターンをウエハ上の複数のショット領域（露光領
域）に順次転写するステップ・アンド・リピート方式の
静止露光型の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）
や、このステッパを改良したもので、特開平８−１６６
０４３号公報等に開示されるようなレチクルとウエハと
を一次元方向に同期移動してレチクルパターンをウエハ
上の各ショット領域に転写するステップ・アンド・スキ
ャン方式の走査露光型の露光装置（いわゆるスキャニン
グ・ステッパ）が知られている。

【０００５】これらの縮小投影露光装置においては、ス
テージ装置として、床面に先ず装置の基準になるベース
プレートが設置され、その上に床振動を遮断するための
防振台を介してレチクルステージ、ウエハステージおよ
び投影光学系（投影レンズ）等を支持する本体コラムが
載置されたものが多く用いられている。最近のステージ
装置では、前記防振台として、内圧が制御可能なエアマ
ウント、ボイスコイルモータ等のアクチュエータを備
え、本体コラム（メインフレーム）に取り付けられた、
例えば６個の加速度計の計測値に基づいて前記ボイスコ
イルモータ等を制御することにより本体コラムの振動を
制御するアクティブ防振台が採用されている。

【０００６】ところで、上記のステッパ等は、ウエハ上
のあるショット領域に対する露光の後、他のショット領
域に対して順次露光を繰り返すものであるから、ウエハ
ステージ（ステッパの場合）、あるいはレチクルステー
ジおよびウエハステージ（スキャニング・ステッパの場
合）の加速、減速運動によって生じる反力が本体コラム
の振動要因となって、投影光学系とウエハ等との相対位
置誤差を生じさせ、ウエハ上で設計値と異なる位置にパ
ターンが転写されたり、その位置誤差に振動成分を含む
場合には像ボケ（パターン線幅の増大）を招く原因にな
るという不都合があった。

【０００７】従って、係る不都合を抑制するためには、
上記のアクティブ防振台等により本体コラムの振動を十
分に減衰させる必要がある。例えばステッパの場合に
は、ウエハステージが所望の位置に位置決めされ十分に
整定されるのを待ってアライメント動作や露光動作を開
始する必要がある。また、スキャニング・ステッパの場
合には、レチクルステージとウエハステージとの同期整
定を十分に確保した状態で露光を行う必要があった。こ
のため、スループット（生産性）を悪化させる要因とな
っていた。

【０００８】そこで、従来、上記のようなアクティブ防
振台では、定盤上をステージ本体が移動する際に定盤に
加わる反力を加速度計により計測し、この反力を相殺す
る推力（以後、カウンターフォースと称する）をアクチ
ュエータで発生させることによって上述した不都合を抑
制していた。すなわち、図７に示すように、防振ユニッ
トにおいては、ステージ推力信号に対して向きが反対で
大きさの等しい推力信号がステージ本体の加速、減速の
それぞれに応じて発せられていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来のステージ装置およびステージ制御方法並
びに露光装置には、以下のような問題が存在する。ステ
ージおよびアクティブ防振台ユニット等、すべてのユニ
ットがデジタル処理化されており、ステージとアクティ
ブ防振台ユニットとのサンプリング時間が異なっていた
り（例えば、０．５ｍｍｓｅｃと１ｍｍｓｅｃ）、これ
らの制御プログラム、各ユニットのアンプの性能等の影
響に起因して、図７に示されるように、防振ユニット推
力信号とステージ推力信号との間に時間的なずれΔｔが
生じることがある。

【００１０】この場合、ステージ本体の移動に伴う反力
とカウンターフォースとの間でも、例えば３ｍｍｓｅｃ
〜５ｍｍｓｅｃ程度の時間的なずれが生じるために本体
コラムに残留振動が発生し、ステージの整定時間の悪化
や、同期精度の低周波成分の悪化を誘発することにな
り、近年の半導体デバイスの微細化や露光処理の高速化
といった要請に応えられない可能性があった。

【００１１】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、ステージ本体の移動に伴う反力の影響を抑
止可能なステージ装置およびステージ制御方法、並びに
露光精度を向上してデバイスの微細化や高速処理に寄与
する露光装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、実施の形態を示す図１ないし図５に対応
付けした以下の構成を採用している。本発明のステージ
装置は、試料（Ｒ、Ｗ）を保持して駆動されるステージ
本体（２、５）と、ステージ本体（２、５）の駆動に伴
う反力に対抗する推力を発生する推力発生機構（１３、
４６または３１、４８）とを備えたステージ装置（４、
７）において、ステージ本体（２、５）の作動に要する
時間と推力発生機構（１３、４６または３１、４８）の
作動に要する時間との時間差に基づいてステージ本体
（２、５）および推力発生機構（１３、４６または３
１、４８）の作動タイミングを調整する調整装置（６
２）を備えることを特徴とするものである。

【００１３】従って、本発明のステージ装置では、調整
装置（６２）によりステージ本体（２、５）および推力
発生機構（１３、４６または３１、４８）の作動タイミ
ングを同期させることで、ステージ本体（２、５）の移
動に伴う反力を推力発生機構（１３、４６または３１、
４８）のカウンターフォースにより時間的なずれを、ス
テージ本体および推力発生機構のサンプリング時間すな
わち、時間分解能レベルで相殺できる。そのため、本体
コラムに残留振動が発生せず、整定時間が短くなるとと
もに、同期精度の低周波成分の悪化を防止できる。

【００１４】また、本発明の露光装置は、マスクステー
ジ（２）に保持されたマスク（Ｒ）のパターンを基板ス
テージ（５）に保持された基板（Ｗ）に露光する露光装
置（１）において、マスクステージ（２）と基板ステー
ジ（５）との少なくとも一方のステージとして、請求項
１または２に記載されたステージ装置（４、７）が設置
されることを特徴とするものである。

【００１５】従って、本発明の露光装置では、マスク
（Ｒ）または基板（Ｗ）を保持するステージ本体（２、
５）の整定時間が短くなりスループットが向上するとと
もに、ステージ本体（２、５）に加わる振動の影響を抑
制して位置制御性を維持できるので、高精度の露光を行
うことがで

【００１６】そして、本発明のステージ制御方法は、試
料（Ｒ、Ｗ）を保持するステージ本体（２、５）の駆動
に伴う反力を、該反力に対抗する推力を発生させて制御
するステージ制御方法において、ステージ本体（２、
５）の作動に要する時間と、推力の発生に要する時間と
の時間差に基づいてステージ本体（２、５）の駆動およ
び推力の発生のタイミングを調整することを特徴とする
ものである。

【００１７】従って、本発明のステージ制御方法では、
ステージ本体（２、５）および推力発生の作動タイミン
グを同期させることで、ステージ本体（２、５）の移動
に伴う反力を、この反力に対抗するカウンターフォース
（推力）により時間的なずれを生じることなく相殺でき
る。そのため、本体コラムに残留振動が発生せず、整定
時間が短くなるとともに、同期精度の低周波成分の悪化
を防止できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のステージ装置およ
びステージ制御方法並びに露光装置の第１の実施の形態
を、図１ないし図４を参照して説明する。ここでは、例
えば露光装置として、レチクルとウエハとを同期移動し
つつ、レチクルに形成された半導体デバイスの回路パタ
ーンをウエハ上に転写する、スキャニング・ステッパを
使用する場合の例を用いて説明する。また、この露光装
置においては、本発明のステージ装置をレチクルステー
ジおよびウエハステージの双方に適用するものとする。

【００１９】図２に示す露光装置１は、光源（不図示）
からの露光用照明光によりレチクル（マスク）Ｒ上の矩
形状（あるいは円弧状）の照明領域を均一な照度で照明
する照明光学系ＩＵ、試料であるレチクルＲを保持する
マスクステージとしてのレチクルステージ（ステージ本
体）２および該レチクルステージ２を支持するレチクル
定盤３を含むステージ装置４、レチクルＲから射出され
る照明光をウエハ（基板）Ｗ上に投影する投影光学系Ｐ
Ｌ、別の試料であるウエハＷを保持する基板ステージと
してのウエハステージ（ステージ本体）５および該ウエ
ハステージ５を保持するウエハ定盤６を含むステージ装
置７、上記ステージ装置４および投影光学系ＰＬを支持
するリアクションフレーム８とから概略構成されてい
る。なお、ここで投影光学系ＰＬの光軸方向をＺ方向と
し、このＺ方向と直交する方向でレチクルＲとウエハＷ
の同期移動方向をＹ方向とし、非同期移動方向をＸ方向
とする。また、それぞれの軸周りの回転方向をθＺ、θ
Ｙ、θＸとする。

【００２０】照明光学系ＩＵは、リアクションフレーム
８の上面に固定された支持コラム９によって支持され
る。なお、露光用照明光としては、例えば超高圧水銀ラ
ンプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線）および
ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外
光（ＤＵＶ光）や、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９
３ｎｍ）およびＦ₂レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真
空紫外光（ＶＵＶ）などが用いられる。

【００２１】リアクションフレーム８は、床面に水平に
載置されたベースプレート１０上に設置されており、そ
の上部側および下部側には、内側に向けて突出する段部
８ａおよび８ｂがそれぞれ形成されている。

【００２２】ステージ装置４の中、レチクル定盤３は、
各コーナーにおいてリアクションフレーム８の段部８ａ
に防振ユニット１１を介してほぼ水平に支持されており
（なお、紙面奥側の防振ユニットについては図示せ
ず）、その中央部にはレチクルＲに形成されたパターン
像が通過する開口３ａが形成されている。防振ユニット
１１は、内圧が調整可能なエアマウント１２とボイスコ
イルモータ１３とが段部８ａ上に直列に配置された構成
になっている。これら防振ユニット１１によって、ベー
スプレート１０およびリアクションフレーム８を介して
レチクル定盤３に伝わる微振動がマイクロＧレベルで絶
縁されるようになっている。また、図１に示すように、
このステージ装置４には、レチクル定盤３を±Ｘ方向お
よび±Ｙ方向にそれぞれ付勢するボイスコイルモータ４
６が床上に固定された不図示の支柱に固定されて設けら
れている（図１では、１つのみ図示）。これらボイスコ
イルモータ１３、４６によってレチクルステージ２の移
動（駆動）に伴う反力に対抗するための推力発生機構が
構成されている。

【００２３】レチクル定盤３上には、レチクルステージ
２が該レチクル定盤３に沿って２次元的に移動可能に支
持されている。レチクルステージ２の底面には、複数の
エアベアリング（エアパッド）１４が固定されており、
これらのエアベアリング１４によってレチクルステージ
２がレチクル定盤３上に数ミクロン程度のクリアランス
を介して浮上支持されている。また、レチクルステージ
２の中央部には、レチクル定盤３の開口３ａと連通し、
レチクルＲのパターン像が通過する開口２ａが形成され
ている。

【００２４】レチクルステージ２について詳述すると、
図３に示すように、レチクルステージ２は、レチクル定
盤３上を一対のＹリニアモータ１５、１５によってＹ軸
方向に所定ストロークで駆動されるレチクル粗動ステー
ジ１６と、このレチクル粗動ステージ１６上を一対のＸ
ボイスコイルモータ１７Ｘと一対のＹボイスコイルモー
タ１７ＹとによってＸ、Ｙ、θＺ方向に微小駆動される
レチクル微動ステージ１８とを備えた構成になっている
（なお、図２では、これらを１つのステージとして図示
している）。

【００２５】また、レチクルステージ２は、図１に示す
ように、これらＹリニアモータ１５、１５、Ｘボイスコ
イルモータ１７Ｘ、Ｙボイスコイルモータ１７Ｙから構
成されるＲＳ駆動部６１を介してステージコントローラ
（調整装置）６２によって、その駆動を制御されてい
る。そして、ステージコントローラ６２は、照明光学系
ＩＵや投影光学系ＰＬ等と共に制御装置４７によって統
括的に制御されている。

【００２６】各Ｙリニアモータ１５は、レチクル定盤３
上に非接触ベアリングである複数のエアベアリング（エ
アパッド）１９によって浮上支持されＹ軸方向に延びる
固定子２０と、この固定子２０に対応して設けられ、連
結部材２２を介してレチクル粗動ステージ１６に固定さ
れた可動子２１とから構成されている。

【００２７】レチクル粗動ステージ１６は、レチクル定
盤３の中央部に形成された上部突出部３ｂの上面に固定
されＹ軸方向に延びる一対のＹガイド５１、５１によっ
てＹ軸方向に案内されるようになっている。また、レチ
クル粗動ステージ１６は、これらＹガイド５１、５１に
対して不図示のエアベアリングによって非接触で支持さ
れている。

【００２８】レチクル微動ステージ１８には、不図示の
バキュームチャックを介してレチクルＲが吸着保持され
るようになっている。レチクル微動ステージ１８の−Ｙ
方向の端部には、コーナキューブからなる一対のＹ移動
鏡５２ａ、５２ｂが固定され、また、レチクル微動ステ
ージ１８の＋Ｘ方向の端部には、Ｙ軸方向に延びる平面
ミラーからなるＸ移動鏡５３が固定されている。そし
て、これら移動鏡５２ａ、５２ｂ、５３に対して測長ビ
ームを照射する３つのレーザ干渉計（いずれも不図示）
が各移動鏡との距離を計測することにより、レチクルス
テージ２のＸ、Ｙ、θＺ（Ｚ軸周りの回転）方向の位置
が高精度に計測される。

【００２９】図２に戻り、投影光学系ＰＬとして、ここ
では物体面（レチクルＲ）側と像面（ウエハＷ）側の両
方がテレセントリックで円形の投影視野を有し、石英や
蛍石を光学硝材とした屈折光学素子（レンズ素子）から
なる１／４（または１／５）縮小倍率の屈折光学系が使
用されている。このため、レチクルＲに照明光が照射さ
れると、レチクルＲ上の回路パターンのうち、照明光で
照明された部分からの結像光束が投影光学系ＰＬに入射
し、その回路パターンの部分倒立像が投影光学系ＰＬの
像面側の円形視野の中央にスリット状に制限されて結像
される。これにより、投影された回路パターンの部分倒
立像は、投影光学系ＰＬの結像面に配置されたウエハＷ
上の複数のショット領域のうち、１つのショット領域表
面のレジスト層に縮小転写される。

【００３０】投影光学系ＰＬの鏡筒部の外周には、該鏡
筒部に一体化されたフランジ２３が設けられている。そ
して、投影光学系ＰＬは、リアクションフレーム８の段
部８ｂに防振ユニット２４を介してほぼ水平に支持され
た鋳物等で構成された鏡筒定盤２５に、光軸方向をＺ方
向として上方から挿入されるとともに、フランジ２３が
係合している。

【００３１】フランジ２３の素材としては、低熱膨張の
材質、例えばインバー（Ｉｎｖｅｒ；ニッケル３６％、
マンガン０．２５％、および微量の炭素と他の元素を含
む鉄からなる低膨張の合金）が用いられている。このフ
ランジ２３は、投影光学系ＰＬを鏡筒定盤２５に対して
点と面とＶ溝とを介して３点で支持する、いわゆるキネ
マティック支持マウントを構成している。このようなキ
ネマティック支持構造を採用すると、投影光学系ＰＬの
鏡筒定盤２５に対する組み付けが容易で、しかも組み付
け後の鏡筒定盤２５および投影光学系ＰＬの振動、温度
変化等に起因する応力を最も効果的に軽減できるという
利点がある。

【００３２】防振ユニット２４は、鏡筒定盤２５の各コ
ーナーに配置され（なお、紙面奥側の防振ユニットにつ
いては図示せず）、内圧が調整可能なエアマウント２６
とボイスコイルモータ２７とが段部８ｂ上に直列に配置
された構成になっている。これら防振ユニット２４によ
って、ベースプレート１０およびリアクションフレーム
８を介して鏡筒定盤２５（ひいては投影光学系ＰＬ）に
伝わる微振動がマイクロＧレベルで絶縁されるようにな
っている。

【００３３】ステージ装置７は、ウエハＷを保持するウ
エハステージ５、このウエハステージ５をＸＹ平面に沿
った２次元方向に移動可能に支持するウエハ定盤６を主
体に構成されている。ウエハステージ５の底面には、非
接触ベアリングである複数のエアベアリング（エアパッ
ド）２８が固定されており、これらのエアベアリング２
８によってウエハステージ５がウエハ定盤６上に、例え
ば数ミクロン程度のクリアランスを介して浮上支持され
ている。

【００３４】ウエハ定盤６は、ベースプレート１０の上
方に、防振ユニット２９を介してほぼ水平に支持されて
いる。防振ユニット２９は、ウエハ定盤６の各コーナー
に配置され（なお、紙面奥側の防振ユニットについては
図示せず）、内圧が調整可能なエアマウント３０とボイ
スコイルモータ３１とがベースプレート１０上に並列に
配置された構成になっている。これら防振ユニット２９
によって、ベースプレート１０を介してウエハ定盤６に
伝わる微振動がマイクロＧレベルで絶縁されるようにな
っている。また、図１に示すように、このステージ装置
７にも、ウエハ定盤６を±Ｘ方向および±Ｙ方向にそれ
ぞれ付勢するボイスコイルモータ４８が床上に固定され
た不図示の支柱に固定されて設けられている（図１で
は、１つのみ図示）。これらボイスコイルモータ３１、
４８によってウエハステージ５の移動（駆動）に伴う反
力に対抗するための推力発生機構が構成されている。

【００３５】図１に示すように、上記ボイスコイルモー
タ１３、４６および３１、４８は、防振ユニットコント
ローラ６４によって、それぞれその駆動を制御されてい
る。また、この防振ユニットコントローラ６４とステー
ジコントローラ６２との間には、ステージコントローラ
６２から出力されるレチクルステージ２およびウエハス
テージ５のステージ推力信号に基づいて、各ステージ
２、５の移動に伴う反力に対抗するカウンターフォース
を演算するカウンターフォース演算部４９が設けられて
おり、ここで演算されたカウンターフォースが防振ユニ
ットコントローラ６４に出力される。

【００３６】ウエハステージ５は、該ウエハステージ５
をＸ方向に駆動する一対のリニアモータ３２（ウエハス
テージ５よりも紙面手前側のリニアモータは図示せず）
と、ウエハステージ５をＹ方向に駆動する一対のリニア
モータ３３とによってウエハ定盤６上をＸＹ２次元方向
に移動自在になっている。リニアモータ３２の固定子
は、ウエハステージ５のＹ方向両外側にＸ方向に沿って
延設されており、一対の連結部材３４によって両端部相
互間が連結されて、矩形の枠体３５が構成されている。
リニアモータ３２の可動子は、ウエハステージ５のＹ方
向両側面に固定子に対向するように突設されている。

【００３７】また、枠体３５を構成する一対の連結部材
３４またはリニアモータ３２の下端面には、電機子ユニ
ットからなる可動子３６，３６がそれぞれ設けられてお
り、これらの可動子３６，３６に対応する磁石ユニット
を有する固定子３７，３７がＹ方向に延設されてベース
プレート１０に突設されている。そして、これら可動子
３６および固定子３７によってムービングコイル型のリ
ニアモータ３３が構成されており、可動子３６は固定子
３７との間の電磁気的相互作用によりＹ方向に駆動され
るようになっている。すなわち、このリニアモータ３３
によって枠体３５と一体的にウエハステージ５がＹ方向
に駆動されるようになっている。

【００３８】また、ウエハステージ５は、図１に示すよ
うに、これらリニアモータ３２、３３から構成されるＷ
Ｓ駆動部６３を介して上記ステージコントローラ６２に
よって、その駆動を制御される構成になっている。

【００３９】ウエハステージ５の上面には、ウエハホル
ダ４１を介してウエハＷが真空吸着等によって固定され
る。また、ウエハステージ５のＸ方向の位置は、投影光
学系ＰＬの鏡筒下端に固定された参照鏡４２を基準とし
て、ウエハステージ５の一部に固定された移動鏡４３の
位置変化を計測するレーザ干渉計４４によって所定の分
解能、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能でリアルタイ
ムに計測される。なお、上記参照鏡４２、移動鏡４３、
レーザ干渉計４４とほぼ直交するように配置された不図
示の参照鏡、移動鏡、レーザ干渉計によってウエハステ
ージ５のＹ方向の位置が計測される。なお、これらレー
ザ干渉計の中、少なくとも一方は、測長軸を２軸以上有
する多軸干渉計であり、これらレーザ干渉計の計測値に
基づいてウエハステージ５（ひいてはウエハＷ）のＸＹ
位置のみならず、θ回転量あるいはこれらに加え、レベ
リング量をも求めることができるようになっている。

【００４０】また、本露光装置１には、上記レチクル定
盤３、ウエハ定盤６、鏡筒定盤２５のＺ方向の振動を計
測する３つの振動センサ（例えば加速度計；不図示）
と、ＸＹ面内方向の振動を計測する３つの振動センサ
（例えば加速度計；不図示）とがそれぞれ設けられてい
る。後者の振動センサのうち２つは、各定盤のＹ方向の
振動を計測し、残りの振動センサはＸ方向の振動を計測
するものである（以下、便宜上これらの振動センサを振
動センサ群と称する）。そして、これらの振動センサ群
の計測値に基づいてレチクル定盤３、ウエハ定盤６、鏡
筒定盤２５の６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θＸ、θＹ、θ
Ｚ）の振動をそれぞれ求めることができる。

【００４１】さらに、投影光学系ＰＬのフランジ２３に
は、異なる３カ所に３つのレーザ干渉計４５が固定され
ている（ただし、図１においてはこれらのレーザ干渉計
のうち１つが代表的に示されている）。各レーザ干渉計
４５に対向する鏡筒定盤２５の部分には、開口２５ａが
それぞれ形成されており、これらの開口２５ａを介して
各レーザ干渉計４５からＺ方向の測長ビームがウエハ定
盤６に向けて照射される。ウエハ定盤６の上面の各測長
ビームの対向位置には、反射面がそれぞれ形成されてい
る。このため、上記３つのレーザ干渉計４５によってウ
エハ定盤６の異なる３点のＺ位置がフランジ２３を基準
としてそれぞれ計測される（ただし、図１においては、
ウエハステージ５上のウエハＷの中央のショット領域が
投影光学系ＰＬの光軸の直下にある状態が示されている
ため、測長ビームがウエハステージ５で遮られた状態に
なっている）。なお、ウエハステージ５の上面に反射面
を形成して、この反射面上の異なる３点のＺ方向位置を
投影光学系ＰＬまたはフランジ２３を基準として計測す
る干渉計を設けてもよい。

【００４２】次に、上記のように構成された露光装置１
の走査露光時の動作について説明する。まず、走査露光
を開始する前に、予め実験等によりレチクルステージ２
と防振ユニット１１のボイスコイルモータ１３、４６と
に関して、作動に要する時間差ΔｔＲ（図７のΔｔに相
当）を求めて装置定数として設定する。同様に、ウエハ
ステージ５と防振ユニット２９のボイスコイルモータ３
１、４８とに関しても、作動に要する時間差ΔｔＷ（図
７のΔｔに相当）を求めて定数として設定する。

【００４３】そして、この露光装置１では、露光時に照
明光学系ＩＵからの露光用照明光により、レチクルＲ上
の所定の矩形状の照明領域が均一な照度で照明される。
この照明領域に対してレチクルＲがＹ方向に走査される
のに同期して、この照明領域と投影光学系ＰＬに関して
共役な露光領域に対してウエハＷを走査する。これによ
り、レチクルＲのパターン領域を透過した照明光が投影
光学系ＰＬにより１／４倍に縮小され、レジストが塗布
されたウエハＷ上に照射される。そして、ウエハＷ上の
露光領域には、レチクルＲのパターンが逐次転写され、
１回の走査でレチクルＲ上のパターン領域の全面がウエ
ハＷ上のショット領域に転写される。

【００４４】この露光装置１では、上記の走査露光の際
に、制御装置４７によりレチクルステージ２をＹ方向に
速度βＶで走査（１／β；投影光学系ＰＬの縮小倍率）
させ、ウエハステージ５を−Ｙ方向に速度Ｖで同期走査
させるための指令信号がステージコントローラ６２に出
力される。ステージコントローラ６２では、レーザ干渉
計の計測値をモニタしつつ、レチクルステージ２および
ウエハステージ５を所定位置に所定の速度で走査するよ
うに制御する。

【００４５】この場合において、レチクルステージ２お
よびウエハステージ５は、リニアモータ１５、ボイスコ
イルモータ１７Ｘ、１７Ｙおよびリニアモータ３２、３
３によって走査されるので、レチクルステージ２および
ウエハステージ５が移動する際の加速、減速に伴う反力
が発生する。ここで、制御装置４７からの指令により、
ステージコントローラ６２は、例えば図４（ｂ）に示さ
れるプロファイルの推力信号を送信する。

【００４６】そして、カウンターフォース演算部４９で
は、図４（ｃ）に示すように、送信された推力信号を相
殺するプロファイルの推力信号を演算して防振ユニット
コントローラ６４へ出力する。防振ユニットコントロー
ラ６４は、演算された推力信号に基づいて防振ユニット
１１、２９、即ち、ボイスコイルモータ１３、４６およ
び３１、４８を駆動する。このとき、ボイスコイルモー
タ１３、４６および３１、４８は、ステージコントロー
ラ６２から推力信号が送信されてから作動するまでに時
間差ΔｔＲおよびΔｔＷを要するため、ステージコント
ローラ６２はレチクルステージ２およびウエハステージ
５が走査移動を始める前に防振ユニットコントローラ６
４へ向けて推力信号を送信する。

【００４７】換言すると、ステージコントローラ６２
は、図４（ａ）に示すように、防振ユニットコントロー
ラ６４へ向けて推力信号を送信して時間差ΔｔＲおよび
ΔｔＷ経過した後に、レチクルステージ２およびウエハ
ステージ５が走査移動を開始するように作動タイミング
を遅延（調整）して推力信号を出力する。これにより、
ボイスコイルモータ１３、４６および３１、４８は、各
ステージ２、５の移動に伴う反力が発生するタイミング
と同調してそれぞれ作動し、アクチュエータとして発生
する力で反力を相殺することができる。

【００４８】本実施の形態のステージ装置およびステー
ジ制御方法並びに露光装置では、ボイスコイルモータ１
３、４６および３１、４８の作動に要する時間がレチク
ルステージ２およびウエハステージ５の作動に要する時
間より大きくても、ステージコントローラ６２がレチク
ルステージ２およびウエハステージ５の作動タイミング
を調整するので、各ステージ２、５の移動に伴う反力に
対してカウンターフォースをサンプリング時間レベルで
同調させることができる。そのため、この反力とカウン
ターフォースとの時間的なずれに起因する露光装置１の
残留振動を最小限に抑えることが可能になり、ステージ
２、５の整定時間の短縮化によるスループットの向上
や、同期精度の低周波成分悪化の抑止効果による転写精
度の向上に寄与することができる。

【００４９】しかも、本実施の形態では、レチクルステ
ージ２、ウエハステージ５および投影光学系ＰＬが防振
ユニット１１、２９、２４によって振動的に独立してい
るので、各ステージ２、５の位置制御性を維持すること
ができるとともに、レチクルステージ２および上ウエハ
ステージ５の駆動に起因する振動が投影光学系ＰＬに伝
わることを防止でき、投影光学系ＰＬの振動に起因する
パターン転写位置のずれや像ボケ等の発生を効果的に防
止して露光精度の向上を図ることもできる。

【００５０】図５は、本発明のステージ装置およびステ
ージ制御方法並びに露光装置の第２の実施の形態を示す
図である。この図において、図１ないし図４に示す第１
の実施の形態の構成要素と同一の要素については同一符
号を付し、その説明を省略する。第２の実施の形態と上
記の第１の実施の形態とが異なる点は、ステージコント
ローラ６２の構成であるので、以下これについて説明す
る。

【００５１】図５に示すように、本実施の形態のステー
ジコントローラ６２には、計測部５０が備えられてい
る。計測部５０は、ボイスコイルモータ１３、４６およ
び３１、４８の作動に要する時間と、レチクルステージ
２およびウエハステージ５の作動に要する時間との時間
差ΔｔＲ、ΔｔＷをそれぞれ計測し、この計測結果をス
テージコントローラ６２に出力するものである。他の構
成は、上記第１の実施の形態と同様である。

【００５２】第１の実施の形態では、時間差ΔｔＲ、Δ
ｔＷを不変の装置定数として扱ったが、本実施の形態で
は、計測部５０がこれらの時間差ΔｔＲ、ΔｔＷを適宜
計測して、ステージコントローラ６２にフィードバック
できるので、第１の実施の形態と同様の作用・効果が得
られることに加えて、ボイスコイルモータ１３、４６お
よび３１、４８の作動特性が変動しても、常に最新の正
確な時間差ΔｔＲ、ΔｔＷに基づいて上記作動タイミン
グの調整を実行することができ、より一層の整定時間の
短縮化によるスループットの向上や、同期精度の低周波
成分悪化の抑止効果による転写精度の向上を実現するこ
とが可能になる。

【００５３】なお、上記実施の形態において、ボイスコ
イルモータ１３、４６および３１、４８の作動に要する
時間がレチクルステージ２およびウエハステージ５の作
動に要する時間よりも大きい場合の例で説明したが、レ
チクルステージ２およびウエハステージ５の作動に要す
る時間の方が大きい場合には、上記と逆にボイスコイル
モータ１３、４６および３１、４８の作動を遅延させれ
ばよい。

【００５４】また、上記実施の形態では、ステージコン
トローラ６２によってレチクルステージ２とウエハステ
ージ５双方の駆動タイミングを調整する構成としたが、
これに限定されるものではなく、どちらか一方のステー
ジの駆動タイミングを調整する構成や、各ステージ２、
５毎ににステージコントローラを設ける構成であっても
よい。さらに、防振ユニットの全てがアクティブに防振
を行う構成としたが、これらの全て、これらのいずれ
か、あるいは任意の複数がパッシブに防振を行うような
構成であってもよい。

【００５５】また、上記実施の形態では、本発明のステ
ージ装置を露光装置１に適用する構成としたが、これに
限定されるものではなく、露光装置１以外にも転写マス
クの描画装置、マスクパターンの位置座標測定装置等の
精密測定機器にも適用可能である。

【００５６】なお、本実施の形態の基板としては、半導
体デバイス用の半導体ウエハＷのみならず、液晶ディス
プレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用の
セラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマス
クまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）
等が適用される。

【００５７】露光装置１としては、レチクルＲとウエハ
Ｗとを同期移動してレチクルＲのパターンを走査露光す
るステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置
（スキャニング・ステッパー；USP5,473,410）の他に、
レチクルＲとウエハＷとを静止した状態でレチクルＲの
パターンを露光し、ウエハＷを順次ステップ移動させる
ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステ
ッパー）にも適用することができる。

【００５８】露光装置１の種類としては、ウエハＷに半
導体デバイスパターンを露光する半導体デバイス製造用
の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用の露光装置
や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチ
クルなどを製造するための露光装置などにも広く適用で
きる。

【００５９】また、露光用照明光の光源として、超高圧
水銀ランプから発生する輝線（ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ
線（４０４．７ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ））、ＫｒＦ
エキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ
（１９３ｎｍ）、Ｆ₂レーザ（１５７ｎｍ）のみなら
ず、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることができ
る。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱
電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ₆）、タ
ンタル（Ｔａ）を用いることができる。さらに、電子線
を用いる場合は、レチクルＲを用いる構成としてもよい
し、レチクルＲを用いずに直接ウエハ上にパターンを形
成する構成としてもよい。また、ＹＡＧレーザや半導体
レーザ等の高周波などを用いてもよい。

【００６０】投影光学系ＰＬの倍率は、縮小系のみなら
ず等倍系および拡大系のいずれでもよい。また、投影光
学系ＰＬとしては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用
いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過
する材料を用い、Ｆ₂レーザやＸ線を用いる場合は反射
屈折系または屈折系の光学系にし（レチクルＲも反射型
タイプのものを用いる）、また電子線を用いる場合には
光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学
系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は、真
空状態にすることはいうまでもない。また、投影光学系
ＰＬを用いることなく、レチクルＲとウエハＷとを密接
させてレチクルＲのパターンを露光するプロキシミティ
露光装置にも適用可能である。

【００６１】ウエハステージ５やレチクルステージ２に
リニアモータ（USP5,623,853またはUSP5,528,118参照）
を用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型お
よびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮
上型のどちらを用いてもよい。また、各ステージ２、５
は、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを
設けないガイドレスタイプであってもよい。

【００６２】各ステージ２、５の駆動機構としては、二
次元に磁石を配置した磁石ユニット（永久磁石）と、二
次元にコイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電
磁力により各ステージ２、５を駆動する平面モータを用
いてもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユニット
とのいずれか一方をステージ２、５に接続し、磁石ユニ
ットと電機子ユニットとの他方をステージ２、５の移動
面側（ベース）に設ければよい。

【００６３】以上のように、本願実施形態の露光装置１
は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む
各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、
光学的精度を保つように、組み立てることで製造され
る。これら各種精度を確保するために、この組み立ての
前後には、各種光学系については光学的精度を達成する
ための調整、各種機械系については機械的精度を達成す
るための調整、各種電気系については電気的精度を達成
するための調整が行われる。各種サブシステムから露光
装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機
械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等
が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組
み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程
があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光
装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行わ
れ、露光装置全体としての各種精度が確保される。な
お、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理さ
れたクリーンルームで行うことが望ましい。

【００６４】半導体デバイスは、図６に示すように、デ
バイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設
計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するス
テップ２０２、シリコン材料からウエハを製造するステ
ップ２０３、前述した実施形態の露光装置１によりレチ
クルのパターンをウエハに露光するウエハ処理ステップ
２０４、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）２０５、検
査ステップ２０６等を経て製造される。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係るス
テージ装置は、調整装置がステージ本体の作動に要する
時間と、推力発生機構の作動に要する時間との時間差に
基づいてステージ本体および推力発生機構の作動タイミ
ングを調整する構成となっている。これにより、このス
テージ装置では、ステージ本体の移動に伴う反力とカウ
ンターフォースとの時間的なずれに起因する残留振動を
最小限に抑えることが可能になり、ステージ本体の整定
時間の短縮化や、同期精度の低周波成分の悪化を抑止で
きるという効果が得られる。

【００６６】請求項２に係るステージ装置は、調整装置
が計測部の計測した時間差に基づいて作動タイミングを
調整する構成となっている。これにより、このステージ
装置では、常に最新の正確な時間差に基づいて作動タイ
ミングの調整を実行することができ、より一層の整定時
間の短縮化、同期精度の低周波成分の悪化抑止を実現で
きるという効果が得られる。

【００６７】請求項３に係る露光装置は、マスクステー
ジと基板ステージとの少なくとも一方のステージとし
て、請求項１または２記載のステージ装置が設置される
構成となっている。これにより、この露光装置では、ス
テージ本体の移動に伴う反力とカウンターフォースとの
時間的なずれに起因する残留振動を最小限に抑えること
が可能になり、ステージ本体の整定時間の短縮化による
スループットの向上や、同期精度の低周波成分悪化の抑
止効果による転写精度の向上に寄与でき、デバイスの微
細化および露光処理の高速化が実現するという効果が得
られる。

【００６８】請求項４に係るステージ制御方法は、ステ
ージ本体の作動に要する時間と、推力の発生に要する時
間との時間差に基づいてステージ本体および推力発生の
作動タイミングを調整する手順となっている。これによ
り、このステージ制御方法では、ステージ本体の移動に
伴う反力とカウンターフォースとの時間的なずれに起因
する残留振動を最小限に抑えることが可能になり、ステ
ージ本体の整定時間の短縮化や、同期精度の低周波成分
の悪化を抑止できるという効果が得られる。

【００６９】請求項５に係るステージ制御方法は、時間
差に基づいてステージ本体の駆動を遅延させる手順とな
っている。これにより、このステージ制御方法では、ス
テージ本体の駆動を遅延させることで、ステージ本体の
移動に伴う反力とカウンターフォースとの時間的なずれ
に起因する残留振動を最小限に抑えることが可能にな
り、ステージ本体の整定時間の短縮化や、同期精度の低
周波成分の悪化を抑止できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図であっ
て、レチクルステージおよびウエハステージの制御系を
示す構成図である。

【図２】レチクルステージ、ウエハステージおよび
投影光学系が振動に関して独立して配置された露光装置
の概略構成図である。

【図３】同露光装置を構成するレチクルステージの
外観斜視図である。

【図４】ステージ推力信号、防振ユニット推力信
号、ステージコントローラ送信信号のタイムチャート図
である。

【図５】本発明の第２の実施の形態を示す図であっ
て、レチクルステージおよびウエハステージの制御系を
示す構成図である。

【図６】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフ
ローチャート図である。

【図７】従来のステージ推力信号、防振ユニット推
力信号のタイムチャート図である。

【符号の説明】

Ｒレチクル（マスク、試料）Ｗウエハ（基板）１露光装置２レチクルステージ（ステージ本体、マスクステー
ジ）４、７ステージ装置５ウエハステージ（ステージ本体、基板ステージ）１３、４６、３１、４８ボイスコイルモータ（推力発
生機構）５０計測部６２ステージコントローラ（調整装置）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を保持して駆動されるステージ本
体と、該ステージ本体の駆動に伴う反力に対抗する推力
を発生する推力発生機構とを備えたステージ装置におい
て、前記ステージ本体の作動に要する時間と前記推力発生機
構の作動に要する時間との時間差に基づいて前記ステー
ジ本体および前記推力発生機構の作動タイミングを調整
する調整装置を備えることを特徴とするステージ装置。
【請求項２】請求項１記載のステージ装置におい
て、前記時間差を計測する計測部を備え、前記調整装置は、前記計測部の計測結果に基づいて前記
作動タイミングを調整することを特徴とするステージ装
置。
【請求項３】マスクステージに保持されたマスクの
パターンを基板ステージに保持された基板に露光する露
光装置において、前記マスクステージと前記基板ステージとの少なくとも
一方のステージとして、請求項１または２に記載された
ステージ装置が設置されることを特徴とする露光装置。
【請求項４】試料を保持するステージ本体の駆動に
伴う反力を、該反力に対抗する推力を発生させて制御す
るステージ制御方法において、前記ステージ本体の作動に要する時間と、前記推力の発
生に要する時間との時間差に基づいて前記ステージ本体
の駆動および前記推力の発生のタイミングを調整するこ
とを特徴とするステージ制御方法。
【請求項５】請求項４記載のステージ制御方法にお
いて、前記時間差に基づいて、前記ステージ本体の駆動を遅延
させることを特徴とするステージ制御方法。