JP2001148341A

JP2001148341A - 露光装置

Info

Publication number: JP2001148341A
Application number: JP33070099A
Authority: JP
Inventors: Yasunaga Kayama; 泰永加山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2001-05-29
Also published as: US6879375B1

Abstract

(57)【要約】【課題】投影光学系に発生する振動を抑制して位置決
め精度の向上、およびパターン投影精度の向上に寄与す
る。【解決手段】マスクＲのパターンを基板Ｗに露光する
露光装置１において、パターンを基板Ｗに投影する投影
光学系ＰＬと、投影光学系ＰＬを保持する保持部材３４
と、投影光学系ＰＬの変位に関する情報を検出する検出
装置３８と、保持部材３４に設けられたアクチュエータ
３６と、検出装置３８の検出結果に応じてアクチュエー
タ３６を駆動する駆動装置３７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス等
の製造に用いられ、マスクのパターンをウエハ等の基板
に露光する露光装置に関し、特に振動制御を行うための
アクチュエータを有する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。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。

【０００３】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。

【０００４】これらの露光装置では、上述したパターン
の微細化に対応するために、解像度の向上のみならず、
位置決めの高精度化が不可欠になっている。そのため、
マスクやウエハ等に対するアライメントの高精度化、マ
スクステージやウエハステージ等のサーボ系位置決め性
能の向上、周辺環境からの伝達振動遮断性能の向上など
が行われている。例えば、床を介して伝わる振動に対し
ては、床面に先ず装置の基準になるベースプレートを設
置し、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を載置した構造
を用いることで大部分の振動を抑制することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の露光装置には、以下のような問題が存在
する。位置決めに対する要求精度が高くなるにしたがっ
て、露光装置内部での構造自体に起因する振動を抑制す
ることも重要になっている。すなわち、上記の露光装置
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
が本体コラムおよび投影光学系の振動要因となり、投影
光学系が変位する虞がある。

【０００６】この場合、投影光学系とウエハ等との相対
位置誤差を生じさせて、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。特に、投影光学系に薄肉
部や孔部が存在する場合は、共振周波数が低下して振動
振幅が大きくなることで投影光学系の変位も大きくな
り、パターン微細化の実現の障害になっていた。

【０００７】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、投影光学系に発生する振動に伴う変位を抑
制して位置決め精度の向上、およびパターン投影精度の
向上に寄与する露光装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【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７に対応
付けした以下の構成を採用している。本発明の露光装置
は、マスク（Ｒ）のパターンを基板（Ｗ）に露光する露
光装置（１）において、パターンを基板（Ｗ）に投影す
る投影光学系（ＰＬ）と、投影光学系（ＰＬ）を保持す
る保持部材（３４）と、投影光学系（ＰＬ）の変位に関
する情報を検出する検出装置（３８、４３）と、保持部
材（３４）に設けられたアクチュエータ（３６）と、検
出装置（３８、４３）の検出結果に応じてアクチュエー
タ（３６）を駆動する駆動装置（３７）とを備えたを特
徴とするものである。

【０００９】従って、本発明の露光装置では、例えばマ
スク（Ｒ）のパターンを基板（Ｗ）に露光するにあたっ
て投影光学系（ＰＬ）の保持部材（３４）に振動に伴う
変位が発生すると、検出装置（３８、４３）がこの変位
に関する情報を検出して駆動装置（３７）に出力する。
そして、駆動装置（３７）が変位を相殺するようにアク
チュエータ（３６）を駆動することで、アクチュエータ
（３６）が保持部材（３４）に発生する変位を抑制す
る。なお、アクチュエータ（３６）を設ける位置は、保
持部材（３４）の共振周波数での変位が大きい場所が好
ましい。また、検出装置（３８）を設ける位置は、投影
光学系（ＰＬ）の倒れの振動が大きな場所が好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の露光装置の実施の
形態を、図１ないし図３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、いわゆるスキャニン
グ・ステッパを使用する場合の例を用いて説明する。

【００１１】図１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、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２、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ＰＬ、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３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Ｘ
方向とし、非同期移動方向をＹ方向とする。

【００１２】この露光装置１には、平板状のベースプレ
ート４上に３つの支柱５が固定されており、これらの支
柱５の上端にはエアダンパ、弾性バネ又はオイルダンパ
からなる３つの防振台６がそれぞれ固定されており、外
部振動の影響を受けない構造になっている。これらの防
振台６を介して、鋳物等で構成された鏡筒定盤７が支柱
５上に載置されている。そして、上記投影光学系ＰＬ
は、鏡筒定盤７に光軸方向をＺ方向として上方から挿入
されて支持（保持）されており、レチクルステージ２が
載置されるレチクル定盤８は、鏡筒定盤７に設けられた
フレーム９に支持されている。ウエハステージ３が載置
されるウエハ定盤１０は、フレーム１１を介して鏡筒定
盤７に吊り下げられて固定されている。

【００１３】照明光学系ＩＵは、鏡筒定盤７に設けられ
たフレーム１２に支持されている。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、Ａｒ
Ｆエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）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。

【００１４】レチクル定盤８上には、固定子１３Ａと可
動子１４ＡとからなるＸ軸リニアモータ１６Ａが配置さ
れている。可動子１４Ａは、連結部材１５を介してレチ
クルステージ２に連結されている。レチクルステージ２
は、Ｘ軸方向の直動ガイド（不図示）に案内されてお
り、Ｘ軸リニアモータ１６Ａに駆動されてＸ方向の前後
に滑らかに移動する。なお、上記Ｘ軸リニアモータ１６
Ａは、レチクルステージ２のＹ方向一側に設けられるも
のであり、レチクルステージ２のＹ方向他方側には、固
定子１３Ｂと可動子１４ＢとからなるＸ軸リニアモータ
１６Ｂが配設されている。これらＸ軸リニアモータ１６
Ａ、１６Ｂは、レチクルステージ２をムービングコイル
方式でＸ方向に駆動する。また、レチクルステージ２の
Ｘ方向の位置は、レチクルステージ２上に固定された移
動鏡１７と、レチクル定盤８に支持されてＸ軸に平行な
レーザビームを移動鏡１７に照射するレーザ干渉計１８
とによって検出される。

【００１５】固定子１３Ａ、１３Ｂは直動ガイド１９
Ａ、１９Ｂに案内されてＸ方向の前後に摺動可能になっ
ている。ベースプレート４に固定された制動フレーム２
０には、固定子１３Ａ、１３Ｂに非接触で制動力を与え
るＸ制動部材２１Ａ、２１Ｂが取り付けられている。

【００１６】ウエハ定盤１０上には、固定子２３Ａと可
動子２４ＡとからなるＸ軸リニアモータ２６Ａが配置さ
れている。可動子２４Ａは、連結部材２５を介してウエ
ハステージ３に連結されている。ウエハステージ３は、
Ｘ軸方向の直動ガイド（不図示）に案内されており、Ｘ
軸リニアモータ２６Ａに駆動されてＸ方向の前後に滑ら
かに移動する。なお、上記Ｘ軸リニアモータ２６Ａは、
ウエハステージ３のＹ方向一側に設けられるものであ
り、ウエハステージ３のＹ方向他方側には、固定子２３
Ｂと可動子２４ＢとからなるＸ軸リニアモータ２６Ｂが
配設されている。これらＸ軸リニアモータ２６Ａ、２６
Ｂは、ウエハステージ３をムービングコイル方式でＸ方
向に駆動する。

【００１７】固定子２３Ａ、２３Ｂは直動ガイド２９
Ａ、２９Ｂに案内されてＸ方向の前後に摺動可能になっ
ている。また、制動フレーム３０には、固定子２３Ａ、
２３Ｂに非接触でＸ方向に制動力を与えるＸ制動部材３
１Ａ、３１Ｂが取り付けられている。

【００１８】なお、ウエハステージ３には、図示しない
ものの、ウエハステージ３をＹ方向に駆動する２軸のム
ービングマグネット方式のＹ軸リニアモータが設けられ
ており、ウエハステージ３はエアベアリング方式でウエ
ハ定盤１０上のＸＹ平面を非接触で浮上走行する構成に
なっている。また、Ｙ軸リニアモータの固定子（不図
示）に非接触でＹ方向に制動力を与えるＹ制動部材（不
図示）が、ベースプレート４の＋Ｙ方向に固定された制
動フレーム３２に固定されている。

【００１９】ウエハステージ３のＸ方向の位置は、ウエ
ハステージ３上にＹ方向に沿って固定された移動鏡２７
Ｘと、ウエハ定盤１０に支持されてＸ軸に平行なレーザ
ビームを移動鏡２７Ｘに照射するレーザ干渉計２８Ｘと
によって検出される。また、ウエハステージ３のＹ方向
の位置は、ウエハステージ３上にＸ方向に沿って固定さ
れた移動鏡２７Ｙと、Ｘ軸に平行なレーザビームを移動
鏡２７Ｙに照射するレーザ干渉計（不図示）とによって
検出される。

【００２０】投影光学系ＰＬとしては、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。

【００２１】この投影光学系ＰＬは、内部に複数の光学
素子（投影レンズ）を収納する鏡筒３３を有し、この鏡
筒３３には鏡筒定盤７上で鏡筒３３をＺ方向に沿わせて
保持するフランジ（保持部材）３４が鏡筒３３の外周面
から一体的に突設されている。図２に示すように、フラ
ンジ３４は、平面視略正三角形を呈しており、各コーナ
ーにおいて取付ネジ等のサポート３５により鏡筒定盤７
に固定されている。フランジ３４には、鏡筒３３と各サ
ポート３５との間に位置して、貫通孔（加工部）３４ａ
と切欠部（加工部）３４ｂとが形成されている。各切欠
部３４ｂは、サポート３５と鏡筒３３とを結ぶ方向と直
交する方向に沿って、フランジ３４の鏡筒定盤７側に形
成されている（図１参照）。これら貫通孔３４ａ、切欠
部３４ｂは、フランジ３４を介して鏡筒定盤７へアクセ
スする等に用いられるものである。

【００２２】なお、フランジ３４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３
６％、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３４は、投影光学系ＰＬを鏡筒定盤７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Ｐ
Ｌの鏡筒定盤７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７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。

【００２３】フランジ３４上の各コーナー（周辺）に
は、貫通孔３４ａと切欠部３４ｂとの近傍、即ちフラン
ジ３４の強度的に弱い場所に位置してアクチュエータと
してのピエゾ素子（圧電素子）３６が接着材等の結合手
段で切欠部３４ｂに沿って複数（図２では二枚）貼設さ
れている。ピエゾ素子３６は、所定の電流を与えられる
ことでＸ方向およびＹ方向の双方向に伸縮するものであ
る。このピエゾ素子３６は、図１に示すように、該ピエ
ゾ素子３６を駆動する駆動装置３７に接続されている。

【００２４】また、投影光学系ＰＬの倒れの振動が最も
大きな箇所である鏡筒３３の下端部には、投影光学系Ｐ
Ｌの変位に関する情報を検出する検出装置として、投影
光学系ＰＬの振動を検出する加速度センサ３８が設けら
れている。この加速度センサ３８の検出結果は、駆動装
置３７に出力される。

【００２５】図３に示すように、駆動装置３７は、フィ
ルタ装置３９と信号変換装置４０とアンプ４１とから概
略構成されている。フィルタ装置３９は、加速度センサ
３８から出力された加速度信号に対して所定のフィルタ
リング（抽出）を行い信号変換装置４０に出力するもの
である。信号変換装置４０は、フィルタ装置３９で抽出
された信号を所定の形状に変換してアンプ４１に出力す
るものである。アンプ４１は、信号変換装置４０で変換
された信号を所定のゲインに増幅してピエゾ素子３６に
出力するものである。

【００２６】上記の構成の露光装置の動作の中、まずレ
チクルステージ２の動作について以下に説明する。レチ
クルステージ２を＋Ｘ方向に駆動するために、可動子１
４Ａ、１４ＢにＸ方向の駆動力が付与されると、レチク
ルステージ２が移動するのに伴って、対応する固定子１
３Ａ、１３Ｂには反力が作用する。同時にＸ制動部材２
１Ａ、２１Ｂから固定子１３Ａ、１３Ｂに対して、その
反力と逆向きで大きさの同じＸ方向への推力が制動力と
して作用するため、固定子１３Ａ、１３ＢにはＸ方向へ
の力が作用することなく、固定子１３Ａ、１３Ｂは静止
した状態を維持する。この際、反力と制動力とがほぼ同
一直線上にあるため、モーメントや固定子１３Ａ、１３
Ｂを変形させようとする力等が発生することがなく、可
動子１４Ａ、１４Ｂの加減速時に微小な振動等が生じる
こともないので、レチクルＲをＸ方向の所望の位置に高
精度に駆動することができる。

【００２７】同様に、ウエハステージ３をＸ方向に駆動
する際には、対応するＸ軸リニアモータ２６Ａ、２６Ｂ
の可動子２４Ａ、２４Ｂに目標とする加速度（減速時も
含む）に比例する推力が付与されて、ウエハステージ３
がＸ方向に駆動される。このとき、反作用によってその
推力と方向が逆で同じ大きさの力（反力）が対応する固
定子２３Ａ、２３Ｂに働く。そして、Ｘ制動部材３１
Ａ、３１Ｂから固定子２３Ａ、２３Ｂに対して、その反
力と逆向きで大きさの同じＸ方向への推力が制動力とし
て作用するため、固定子２３Ａ、２３ＢにはＸ方向への
力が作用することなく、固定子２３Ａ、２３Ｂは静止し
た状態を維持する。

【００２８】また、ウエハステージ３をＹ方向に駆動す
る際には、Ｙ軸リニアモータに所定の加速度に比例する
推力が付与される。そして、Ｙ軸リニアモータの固定子
に作用する反力は、Ｙ制動部材からこの固定子に対し
て、その反力と逆向きで大きさの同じＸ方向への推力が
制動力として作用するため、固定子にはＸ方向への力が
作用することなく、固定子は静止した状態を維持する。

【００２９】このウエハステージ３は、露光時には、ウ
エハＷ上の一つのショット領域への露光が終了するとＸ
軸リニアモータ２６Ａ、２６Ｂ及びＹ軸リニアモータを
ステッピング駆動して次のショット領域を走査開始位置
に移動させた後、Ｘ軸リニアモータ２６Ａ、２６Ｂを定
速駆動するとともに、レチクルステージ２を同期して駆
動することによって、レチクルＲとウエハＷとを投影光
学系ＰＬに対してＸ方向に投影倍率を速度比として同期
走査するという動作がステップ・アンド・スキャン方式
で繰り返されて、ウエハＷ上の各ショット領域への露光
が行われる。

【００３０】これらレチクルステージ２およびウエハス
テージ３の移動時には、各ステージにおける固定子の静
止状態は維持されるが、投影光学系ＰＬがフランジ３４
を介して鏡筒定盤７に保持されている構造では、材料剛
性や形状により程度が異なるものの、機械的な倒れ共振
が必ず存在する。特に、本実施の形態のフランジ３４の
ように、貫通孔３４ａのような孔部や切欠部３４ｂのよ
うに薄肉部が存在する場合は、共振周波数が低下して振
動振幅が大きくなる。この共振周波数での振動は形状等
に依存するが、上記孔部や薄肉部の周辺の強度的に弱く
なっている場所で歪みや伸び縮みを伴う。そのため、本
実施の形態では、加速度センサ３８、ピエゾ素子３６お
よび駆動装置３７により、上記歪みや伸び縮みに起因し
て投影光学系ＰＬに発生する変位を抑制する。

【００３１】具体的には、レチクルステージ２およびウ
エハステージ３の動作に伴う振動がフレーム９、１１を
介して鏡筒定盤７に伝わり、フランジ３４の歪みや伸び
縮みを伴って投影光学系ＰＬが微小振動する。ここで、
加速度センサ３８がこの微小な振動を検出して、駆動装
置３７のフィルタ装置３９に出力する。このとき、加速
度センサ３８は鏡筒３３の下端部に設けられているの
で、投影光学系ＰＬに発生する振動を効率的、且つ明確
に検出できる。

【００３２】フィルタ装置３９は、投影光学系ＰＬの機
械的な共振により増幅された振動の加速度のみをフィル
タリングして取り出し、信号変換装置４０に入力させ
る。信号変換装置４０は、入力した加速度信号を速度信
号に変換するとともに、ピエゾ素子３６を駆動する信号
を作り出してアンプ４１に入力させる。アンプ４１は、
入力した速度信号を増幅してピエゾ素子３６に出力す
る。ピエゾ素子３６は、フランジ３４に発生する歪みや
伸び縮みを相殺する方向に伸縮して、速度に比例した粘
性力をフランジ３４に与える。これにより、フランジ３
４に発生する歪みや伸び縮みが抑えられ、投影光学系Ｐ
Ｌの振動振幅を小さくすることができる。

【００３３】以上説明したように、本実施の形態の露光
装置では、投影光学系ＰＬの構造に起因する振動を加速
度センサ３８で検出して、この検出結果に基づいてピエ
ゾ素子３６を伸縮させてフランジ３４の歪みや伸び縮み
を相殺する粘性力を付加し、この歪みや伸び縮みに起因
する投影光学系ＰＬの振動を制振できるため、投影光学
系ＰＬの振動による位置決め精度の悪化やパターン投影
精度の悪化を未然に防ぐことができ、パターンの微細化
に対応した露光精度を維持することができる。また、本
実施の形態では、投影光学系ＰＬの振動を抑制する際に
ピエゾ素子３６の伸縮に伴う振動しか発生しないため、
鏡筒３３を直接駆動するときのように、他の部分に余分
な振動を発生させる虞がない。

【００３４】さらに、本実施の形態の露光装置では、フ
ランジ３４の周辺の共振周波数が低下して振動振幅が大
きくなる箇所にピエゾ素子３６を貼設しているので、フ
ランジ３４に発生する歪みや伸び縮みを効果的に抑える
ことができ、ピエゾ素子３６を小型にしたり、ピエゾ素
子３６の貼設枚数を減らすことが可能になる。

【００３５】図４は、本発明の露光装置の第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３
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、ピエ
ゾ素子３６の貼設形態である。なお、この図において
は、投影光学系ＰＬのみ図示している。

【００３６】図４に示すように、フランジ３４の貫通孔
３４ａ、切欠部３４ｂ近傍の上面には、切欠部３４ｂに
沿ってアダプタ板４２が取付ネジ４３により着脱自在に
取り付けられている。そして、アダプタ板４２には、ピ
エゾ素子３６が接着剤等の結合手段で貼設されている。
この場合、ピエゾ素子３６の大きさや貼設枚数は、振動
振幅の大きさ等で決定される。他の構成は、上記第１の
実施の形態と同様である。

【００３７】本実施の形態では、レチクルステージ２や
ウエハステージ３の移動に起因して発生するフランジ３
４の歪みや伸び縮みがアダプタ板４２に伝わり、アダプ
タ板４２が歪みや伸び縮みを起こす。そして、アダプタ
板４２に発生した歪みや伸び縮みをピエゾ素子３６が伸
縮することで抑える。そのため、この実施の形態では、
上記第１の実施の形態と同様の効果が得られることに加
えて、ピエゾ素子３６が寿命や故障等により動作しなく
なった場合でも、アダプタ板４２を取り外すことで交換
が容易になる。また、フランジ３４の大きさや、フラン
ジ３４に発生する歪みや伸び縮みの大きさに合わせて、
ピエゾ素子３６の大きさや貼設枚数の異なる複数種類の
アダプタ板４２を予め用意しておき、状況に応じてアダ
プタ板４２を適宜フランジ３４に装着することも可能に
なる。

【００３８】図５は、本発明の露光装置の第３の実施の
形態を示す図である。この図において、図４に示す第２
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３の実施の形態と上
記第２の実施の形態とが異なる点は、検出装置として歪
みセンサを設けたことである。

【００３９】すなわち、図５に示すように、フランジ３
４には、ピエゾ素子３６が貼設されたアダプタ板４２の
外側に位置して歪みセンサ（検出装置）４３が取り付け
られている。この実施の形態では、投影光学系ＰＬに発
生した微小振動を歪みセンサ４３が検出してフィルタ装
置４０に出力する。そして、フィルタ装置４０が、投影
光学系ＰＬの機械的な共振により増幅された振動の歪み
のみをフィルタリングして取り出し、信号変換装置４０
が、入力した歪み信号を速度信号に変換するとともに、
ピエゾ素子３６を駆動する信号を作り出してアンプ４１
に入力させる。そして、アンプ４１は、入力した速度信
号を増幅してピエゾ素子３６に出力して作動させる。

【００４０】本実施の形態の露光装置でも、上記第２の
実施の形態と同様の効果が得られる。なお、上記第１の
実施の形態では加速度センサ３８で投影光学系ＰＬの振
動を検出し、第２の実施の形態では歪みセンサ４３で投
影光学系ＰＬの微小振動を検出する構成としたが、セン
サ３８、４３を双方取り付ける構成としてもよい。この
場合、センサ３８、４３の取付位置等に応じて両センサ
３８、４３の検出結果を補正して速度信号を作成すれば
よい。

【００４１】図６は、本発明の露光装置の第４の実施の
形態を示す図である。この図において、図５に示す第３
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４の実施の形態と上
記第３の実施の形態とが異なる点は、ピエゾ素子の貼設
位置である。

【００４２】すなわち、図６に示すように、フランジ３
４の両面のほぼ同じ位置にピエゾ素子３６ａ、３６ｂが
貼設されている。一般に、フランジ３４に歪みや伸び縮
みが発生すると、一方の面で伸びが起こり、他方の面で
縮みが起こる。そこで、この実施の形態では、ピエゾ素
子３６ａ、３６ｂをそれぞれ逆相で同時に作動させる。
これにより、より大きな粘性力をフランジ３４に付与す
ることができ、投影光学系ＰＬの振動をより効果的に抑
制することが可能になる。

【００４３】図７は、本発明の露光装置の第５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３
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５の実施
の形態と上記第１の実施の形態とが異なる点は、レチク
ルステージ２、ウエハステージ３および投影光学系ＰＬ
の支持構造および加速度センサ３８の取付位置である。

【００４４】すなわち、図７に示すように、ベースプレ
ート４上には、リアクションフレーム４４が設置されて
おり、リアクションフレーム４４の上部には、フレーム
１２を介して照明光学系ＩＵが設けられている。また、
リアクションフレーム４４の上部側および下部側には、
内側に向けて突出する段部４４ａおよび４４ｂが間隔を
あけてそれぞれ形成されている。

【００４５】そして、リアクションフレーム４４の段部
４４ａには、レチクル定盤８が各コーナーにおいて防振
ユニット４５を介してほぼ水平に支持されている（な
お、図７では紙面奥側の防振ユニットについては図示せ
ず）。防振ユニット４５は、内圧が調整可能なエアマウ
ント（防振パッド）４６Ａ〜４６Ｄ（図７では前方側の
４６Ａ、４６Ｂのみ図示）と、固定子及び可動子からな
るボイスコイルモータ４７Ａ〜４７Ｄ（図７では前方側
の４７Ａ、４７Ｂのみ図示）とが段部４４ａ上に直列に
対をなして配置された構成になっている。

【００４６】また、リアクションフレーム４４の段部４
４ｂには、鏡筒定盤７が各コーナーにおいて防振ユニッ
ト４８を介してほぼ水平に支持されている（なお、図７
では紙面奥側の防振ユニットについては図示せず）。防
振ユニット４５は、内圧が調整可能なエアマウント（防
振パッド）４９Ａ〜４９Ｄ（図７では前方側の４９Ａ、
４９Ｂのみ図示）と、固定子及び可動子からなるボイス
コイルモータ５０Ａ〜５０Ｄ（図７では前方側の５０
Ａ、５０Ｂのみ図示）とが段部４４ｂ上に直列に対をな
して配置された構成になっている。

【００４７】一方、ベースプレート４上方には、ウエハ
定盤１０が防振ユニット５１を介してほぼ水平に支持さ
れている。防振ユニット５１は、ウエハ定盤１０の各コ
ーナーに配置され（なお、図７では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（防振パッド）５２Ａ〜５２Ｄ（図７では前方側の
５２Ａ、５２Ｂのみ図示）とボイスコイルモータ５３Ａ
〜５３Ｄ（図７では前方側の５３Ａ、５３Ｂのみ図示）
とがベースプレート４上に並列に配置された構成になっ
ている。

【００４８】また、上記レチクル定盤８、ウエハ定盤１
０、鏡筒定盤７には、各定盤の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）とがそれぞれ取り付けられている。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８、ウエハ定盤１０、鏡筒定
盤７の６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θＸ、θＹ、θＺ）の振
動をそれぞれ求めることができる。

【００４９】また、本実施の形態では、投影光学系ＰＬ
がフランジ３４より上方側の方が下方側に比較して長く
なっており、投影光学系ＰＬの倒れの振動が最も大きな
箇所は上端部になる。そのため、投影光学系ＰＬの振動
を検出するための加速度センサ３８は、鏡筒３３の上端
部に設けられている。他の構成は、上記第１の実施の形
態と同様である。

【００５０】上記の構成の露光装置１では、レチクルス
テージ２が移動すると、レーザ干渉計の計測値に基づい
てレチクルステージ２の移動に伴う重心の変化による影
響をキャンセルする力（カウンターフォース）が防振ユ
ニット４５にフィードフォワードで与えられ、この力を
発生するようにエアマウント４６Ａ〜４６Ｄおよびボイ
スコイルモータ４７Ａ〜４７Ｄが駆動される。同様に、
ウエハステージ３が移動すると、レーザ干渉計の計測値
に基づいてウエハステージ３の移動に伴う重心の変化に
よる影響をキャンセルするカウンターフォースが防振ユ
ニット５１にフィードフォワードで与えられ、この力を
発生するようにエアマウント５２Ａ〜５２Ｄおよびボイ
スコイルモータ５３Ａ〜５３Ｄが駆動される。

【００５１】そして、鏡筒定盤７においては、レチクル
ステージ２、ウエハステージ５の移動による反力でリア
クションフレーム４４に微振動が発生しても、鏡筒定盤
７に設けられた振動センサ群の計測値に基づいて６自由
度方向の振動を求め、エアマウント５２Ａ〜５２Ｄおよ
びボイスコイルモータ５３Ａ〜５３Ｄをフィードバック
制御することによりこの微振動をキャンセルして、鏡筒
定盤７を定常的に安定した位置に維持することができ
る。

【００５２】本実施の形態の露光装置では、上記第１の
実施の形態と同様の効果が得られることに加えて、鏡筒
定盤７に支持された投影光学系ＰＬを安定した位置に維
持するとともに、レチクルステージ２、ウエハステージ
３および投影光学系ＰＬが防振ユニット４５、４８、５
１によって振動的に独立しているので、レチクルステー
ジ２およびウエハステージ３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。

【００５３】なお、上記実施の形態において、ピエゾ素
子３６がフランジ３４に対して速度に比例した粘性力を
与える構成としたが、これに限られず、加速度に比例し
た反力を発生させて振動を抑制することも可能である。
また、上記実施の形態では、フランジ３４に貫通孔３４
ａや切欠部３４ｂ等の加工部が設けられているものとし
て説明したが、これらの加工部がない場合でも、投影光
学系ＰＬには微振動が発生するため、上記センサ３８、
４３により振動を検出し、ピエゾ素子３６によりフラン
ジ３４の歪みや伸び縮みを相殺する粘性力を付加するこ
とは効果的である。逆に、フランジ３４に加工部がない
場合は、フランジ３４に発生する歪みや伸び縮みが分散
し、ピエゾ素子３６を多数または大面積で貼設する必要
があるため、歪みや伸び縮みを集中させるために意図的
に加工部を設けることでピエゾ素子３６を小型化したり
貼設枚数を減らすことも可能である。

【００５４】なお、投影光学系ＰＬの変位を検出するセ
ンサとしては、上記加速度センサ３８や歪みセンサ４３
の他に、外部から投影光学系ＰＬ（鏡筒３３）との間の
距離を計測するレーザ等を用いた反射型光学センサや、
静電容量型センサ、超音波センサ等を用いてもよい。ま
た、アクチュエータとしてもピエゾ素子３６に限定され
るものではなく、フランジ３４に変位を付加するもので
あれば他の素子を用いてもよい。

【００５５】また、上記実施の形態では、投影光学系Ｐ
Ｌを一つの鏡筒定盤７で支持する構成としたが、例え
ば、Ｚ方向に互いに間隔をあけて配置した複数（例えば
二つ）の鏡筒定盤で支持してもよい。この場合、フラン
ジを鏡筒定盤に対応させて複数（例えば二つ）設け、複
数の鏡筒定盤に支持された投影光学系ＰＬの倒れや各フ
ランジに発生する歪み、伸び縮みに応じて各フランジに
適宜ピエゾ素子を貼設すればよい。

【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。

【００６１】ウエハステージ３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、３
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、３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、３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、３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、３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８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に係る露
光装置は、検出装置が投影光学系の変位に関する情報を
検出し、駆動装置が検出装置の検出結果に応じて保持部
材に設けられたアクチュエータを駆動する構成となって
いる。これにより、この露光装置では、保持部材の歪み
や伸び縮みに起因する投影光学系の振動を制振できるた
め、投影光学系の振動による位置決め精度の悪化やパタ
ーン投影精度の悪化を未然に防ぐことができ、パターン
の微細化に対応した露光精度を維持できるという優れた
効果を奏する。

【００６６】請求項２に係る露光装置は、アクチュエー
タが圧電素子を有する構成となっている。これにより、
この露光装置では、検出装置の検出結果に基づいて圧電
素子を伸縮させて保持部材の歪みや伸び縮みに起因する
投影光学系の振動を制振できるとともに、圧電素子の伸
縮に伴う振動しか発生しないため、投影光学系を直接駆
動するときのように、他の部分に余分な振動を発生させ
ないという効果が得られる。

【００６７】請求項３に係る露光装置は、検出装置が投
影光学系と保持部材との少なくとも一方に設けられる構
成となっている。これにより、この露光装置では、投影
光学系の変位に関する情報を投影光学系の振動、または
保持部材の歪みや伸び縮みを介して検出でき、さらに、
双方で情報を検出すれば、より高精度の情報を得られる
という効果を奏する。

【００６８】請求項４に係る露光装置は、検出装置が加
速度センサを有する構成となっている。これにより、こ
の露光装置では、投影光学系に加わる加速度を介して投
影光学系の変位に関する情報を得られるという効果を奏
する。

【００６９】請求項５に係る露光装置は、検出装置が歪
みセンサを有する構成となっている。これにより、この
露光装置では、投影光学系に加わる歪みを介して投影光
学系の変位に関する情報を得られるという効果を奏す
る。

【００７０】請求項６に係る露光装置は、駆動装置が検
出装置の検出結果をフィルタリングするフィルタ装置を
有する構成となっている。これにより、この露光装置で
は、機械的な共振により増幅された投影光学系の変位の
みを抽出できるという効果を奏する。

【００７１】請求項７に係る露光装置は、アクチュエー
タが保持部材の周辺に設けられる構成となっている。こ
れにより、この露光装置では、保持部材の歪みや伸び縮
みが発生しやすい箇所を効果的に抑えることができ、ア
クチュエータを小型にしたり、アクチュエータの数を減
らせるという効果が得られる。

【００７２】請求項８に係る露光装置は、アクチュエー
タが保持部材の加工部近傍に設けられる構成となってい
る。これにより、この露光装置では、保持部材の歪みや
伸び縮みが発生しやすい箇所を効果的に抑えることがで
き、アクチュエータを小型にしたり、アクチュエータの
数を減らせるという効果が得られる。

【００７３】請求項９に係る露光装置は、マスクステー
ジと基板ステージと投影光学系とが振動的に独立して配
設される構成となっている。これにより、この露光装置
では、マスクステージおよび基板ステージの駆動に起因
する振動が投影光学系に伝わることを防止でき、投影光
学系の振動に起因するパターン転写位置のずれや像ボケ
等の発生を一層効果的に防止して露光精度の向上を図れ
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、加速度センサ、ピエゾ素子および駆動装置が設けら
れた露光装置の概略構成図である。

【図２】同露光装置を構成する投影光学系およびフ
ランジの平面図である。

【図３】駆動装置の構成図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示す図であっ
て、ピエゾ素子が貼設されたアダプタ板が取付ネジによ
りフランジに着脱自在に取り付けられた正断面図であ
る。

【図５】本発明の第３の実施の形態を示す図であっ
て、フランジにピエゾ素子および歪みセンサが取り付け
られた正断面図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態を示す図であっ
て、フランジの一方の面にピエゾ素子および歪みセンサ
が取り付けられ、他方の面にもピエゾ素子が取り付けら
れた正断面図である。

【図７】本発明の第５の実施の形態を示す図であっ
て、レチクルステージ、ウエハステージおよび投影光学
系が振動的に独立して配設された露光装置の概略構成図
である。

【図８】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。

【符号の説明】

ＰＬ投影光学系Ｒレチクル（マスク）Ｗウエハ（基板）１露光装置２レチクルステージ（マスクステージ）３ウエハステージ（基板ステージ）３４フランジ（保持部材）３４ａ貫通孔（加工部）３４ｂ切欠部（加工部）３６、３６ａ、３６ｂピエゾ素子（アクチュエータ、
圧電素子）３７駆動装置３８加速度センサ（検出装置）３９フィルタ装置４３歪みセンサ（検出装置）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクのパターンを基板に露光する露
光装置において、前記パターンを前記基板に投影する投影光学系と、前記投影光学系を保持する保持部材と、前記投影光学系の変位に関する情報を検出する検出装置
と、前記保持部材に設けられたアクチュエータと、前記検出装置の検出結果に応じて前記アクチュエータを
駆動する駆動装置と、を備えたことを特徴とする露光装
置。
【請求項２】請求項１記載の露光装置において、前記アクチュエータは、圧電素子を有していることを特
徴とする露光装置。
【請求項３】請求項１または２記載の露光装置にお
いて、前記検出装置は、前記投影光学系と前記保持部材との少
なくとも一方に設けられていることを特徴とする露光装
置。
【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載の露
光装置において、前記検出装置は、加速度センサを有していることを特徴
とする露光装置。
【請求項５】請求項１から３のいずれかに記載の露
光装置において、前記検出装置は、歪みセンサを有していることを特徴と
する露光装置。
【請求項６】請求項１から５のいずれかに記載の露
光装置において、前記駆動装置は、前記検出装置の検出結果をフィルタリ
ングするフィルタ装置を有していることを特徴とする露
光装置。
【請求項７】請求項１から６のいずれかに記載の露
光装置において、前記アクチュエータは、前記保持部材の周辺に設けられ
ていることを特徴とする露光装置。
【請求項８】請求項７記載の露光装置において、前記アクチュエータは、前記保持部材に加工が施された
加工部近傍に設けられていることを特徴とする露光装
置。
【請求項９】請求項１から８のいずれかに記載の露
光装置において、前記マスクを保持して移動するマスクステージと、前記
基板を保持して移動する基板ステージと前記投影光学系
とは、互いに振動的に独立して配設されることを特徴と
する露光装置。