JP2002151379A

JP2002151379A - ステージ装置および露光装置

Info

Publication number: JP2002151379A
Application number: JP2000340506A
Authority: JP
Inventors: Masato Takahashi; 正人高橋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2002-05-24
Also published as: KR20020036698A; TW514983B

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で容易に定盤の振動を制振する。【解決手段】ステージ本体が定盤６上を移動する。定
盤６に、定盤６の振動によって連成振動する連成装置４
６を設ける。

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】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
加わる反力による振動を、予め計算された装置のパラメ
ータ、例えばボディ重心、慣性主軸、サーボゲイン、非
干渉化ブロック等を用いてボディの動特性を制御するこ
とで、上述した不都合を抑制していた。

【０００８】

【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露光装置には、以下
のような問題が存在する。近時においては、半導体デバ
イスの微細化や露光処理の高速化の要請が益々高まって
きており、この要請に応えることができるステージ装置
および露光装置が強く要望されている。ところが、予め
コンピュータ等で計算されたパラメータを用いて制御し
ていても実機と計算値とでは若干の差異があるため、ど
うしてもボディ振動の残留振動が計算値よりも悪くなっ
てしまう。

【０００９】一例として、従来では、投影光学系とウエ
ハとの光軸方向における相対関係を維持するために、レ
ーザ干渉計等を用いて投影光学系と定盤との相対距離を
計測し、計測結果に基づいてアクチュエータを駆動する
ことで、投影光学系に対して定盤を追従させている（例
えば、光軸方向では１μｍ、光軸回りでは１μｒａ
ｄ）。具体的には、ステージが移動したときに振動し
て、図８に示すように、定盤Ｊは図中二点鎖線で示すよ
うに捻れて撓む。そして、投影光学系（または投影光学
系を支持する鏡筒定盤）に設けた、例えば３つのレーザ
干渉計で定盤上面の位置との間の距離をそれぞれ計測し
てアクチュエータを駆動することで、定盤ＪがＺ方向
（光軸方向）、ピッチング方向（例えば、Ｘ軸回りの回
転方向）、ローリング方向（例えばＹ軸回りの回転方
向）について所定の相対位置関係になるように制御して
いる。

【００１０】この制御の際、定盤は例えば、少なくとも
１０〜３０Ｈｚ程度の周波数で投影光学系に追従させる
ためのサーボ剛性が必要である。図９に、投影光学系と
定盤との間の位置の周波数特性を示す。この図に示すよ
うに、定盤を駆動すると、高周波領域で定盤の固有振動
数に応じた周波数ｆで共振する。そのため、１０〜３０
Ｈｚ程度の低周波領域で投影光学系に対して定盤を追従
させる制御をしても、高周波でピーク（残留振動）が出
てしまい、十分なサーボ剛性を得ることができず、所定
の制御が実施できないという問題があった。

【００１１】特に、従来では、投影光学系と定盤とが一
体化した構成が採用されており、これらがほぼ追従する
構成であったが、近年では、これらを独立して設置し、
個々に振動を制御する方式が検討されている。この場
合、投影光学系とウエハ等との相対位置誤差を抑制する
ためには、投影光学系と定盤との追従制御を厳密に行う
必要がある。

【００１２】一方、高周波領域でもサーボ剛性を得るた
めに、高周波振動にも対応できるアクチュエータを設置
する等の方策が考えられるが、構成部品が多くなると、
装置の大型化、コスト上昇を招くとともに、その中の一
つに故障をはじめとする事故が発生した場合でも、事故
原因を特定するために多くの時間を要するという問題が
起こる。

【００１３】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、簡単な構成で容易に定盤の振動を制振でき
るステージ装置、および定盤の振動に起因する投影光学
系と定盤との相対位置誤差を抑制して露光精度の向上に
寄与する露光装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【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６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、ステージ本体（５）が定盤（６）上を移動する
ステージ装置（７）であって、定盤（６）に、定盤
（６）の振動によって連成振動する連成装置（４１）が
設けられることを特徴とするものである。

【００１５】従って、本発明のステージ装置では、ステ
ージ本体（５）の移動により定盤（６）に振動が発生し
た場合、連成装置（４１）の振動系が励振されることに
より、定盤（６）の振動エネルギーが連成装置（４１）
に吸収された状態となる。そのため、定盤（６）は、振
動エネルギーが減少することで振動が抑制される。この
連成装置（４１）としては、定盤（６）に取り付けられ
る弾性体（４２）と、弾性体（４２）に連結される質量
体（４３）とを有することが好ましい。また、連成装置
（４１）の振動特性として、振動系の固有振動数を定盤
（６）の固有振動数に基づいて、これらをほぼ同一に設
定することが好ましい。さらに、定盤（６）に発生する
振動の腹となる箇所近傍に設けることで、より効果的に
定盤（６）の振動を抑制できる。

【００１６】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）に投影光学系（Ｐ
Ｌ）を介して露光する露光装置において、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から５のいずれかに記載された
ステージ装置（７）が用いられることを特徴とするもの
である。

【００１７】従って、本発明の露光装置では、定盤
（６）の振動を抑制することで、投影光学系（ＰＬ）に
対してマスク（Ｒ）や基板（Ｗ）を容易に追従させるこ
とができる。そのため、投影光学系（ＰＬ）とマスク
（Ｒ）や基板（Ｗ）との間の相対位置誤差を抑制した状
態で高精度の露光処理を実施でき、投影光学系（ＰＬ）
を介して投影されたパターンの合焦状態を向上させるこ
とができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のステージ装置およ
び露光装置の実施の形態を、図１ないし図６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
ジ装置をウエハステージに適用するものとする。なお、
これらの図において、従来例として示した図８と同一の
構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

【００１９】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、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（ステージ
本体）５および該ウエハステージ５を支持するウエハ定
盤（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、θＹ、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。なお、レチク
ル定盤３の材料として金属やセラミックスを用いること
ができる。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（Ｇ
は重力加速度）。

【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２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１では、これらを１つのステージとして図示
している）。

【００２５】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。このため、運動
量保存の法則により、レチクル粗動ステージ１６の＋Ｙ
方向の移動に応じて、固定子２０は−Ｙ方向に移動す
る。この固定子２０の移動によりレチクル粗動ステージ
１６の移動に伴う反力を相殺するとともに、重心位置の
変化を防ぐことができる。

【００２６】また、固定子２０は、レチクル定盤３上に
代えて、リアクションフレーム８に設けてもよい。固定
子２０をリアクションフレーム８に設ける場合には、エ
アベアリング１９を省略し、固定子２０をリアクション
フレーム８に固定して、レチクル粗動ステージ１６の移
動により固定子２０に作用する反力をリアクションフレ
ーム８を介して床に逃がしてもよい。

【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。なお、レチクル微動ステージ１
８の材質として金属やコージェライトまたはＳｉＣから
なるセラミックスを用いることができる。

【００２９】図１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。なお、鏡筒定盤２５として、高剛性・低
熱膨張のセラミックス材を用いてもよい。

【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。

【００３５】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。

【００３６】なお、固定子３７をエアベアリング等によ
りベースプレート１０上に移動自在に浮揚させる構成と
してもよい。この場合、運動量保存の法則により、ウエ
ハステージ５の例えば＋Ｙ方向の移動に伴う反力で、固
定子３７が−Ｙ方向に移動する。この固定子３７の移動
によりウエハステージ５の移動に伴う反力を相殺すると
ともに、重心位置の変化を防ぐことができる。

【００３７】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。

【００３８】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、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上に並列に対で配置された構成になっている。な
お、図１では便宜上、エアマウント３０およびボイスコ
イルモータ３１の双方がウエハ定盤６の直下に配される
構成としているが、実際には、図３に示されるように、
エアマウント３０はウエハ定盤６の端縁近傍の直下に配
置され、ボイスコイルモータ３１はウエハ定盤６の端縁
から延出するブラケット４０の直下に配される。

【００３９】そして、平面的には、図４に示すように、
エアマウント３０はウエハ定盤６の−Ｙ側端縁に沿った
Ｘ方向の両端近傍と、＋Ｙ側端縁のＸ方向中央近傍との
三箇所にほぼ等間隔で配置されている。同様にブラケッ
ト４０は、各エアマウント３０の近傍に位置するよう
に、ウエハ定盤６の−Ｙ側端縁に沿ったＸ方向の両端近
傍からそれぞれ−Ｙ側へ向けて延出するとともに、＋Ｙ
側端縁のＸ方向中央近傍から＋Ｙ側へ向けて延出するよ
うに配置されている。そして、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。

【００４０】また、本実施の形態では、上記ウエハ定盤
６にダイナミックダンパ（連成装置）４６が設けられて
いる。ダイナミックダンパ４６は、ウエハ定盤６の振動
によって連成振動するものであって、ソルボ繊維等の粘
性減衰係数が比較的大きいゴム材で形成された弾性体４
７と、例えばタングステンや鉛等の比較的比重の大きい
金属で形成され弾性体４７に連結された質量体４８とか
ら構成されており、ウエハ定盤６の−Ｙ側においてはブ
ラケット４０上に二箇所配設され、ウエハ定盤６の＋Ｙ
側においては、図５に示すように、ウエハ定盤６の側面
にＸ方向の両端近傍に固設されたＬ字状のブラケット４
９上に二箇所配設されている。

【００４１】すなわち、ダイナミックダンパ４６は、ウ
エハ定盤６が振動したときの、振動の腹となる箇所であ
るコーナー近傍に配置されている。そして、各ダイナミ
ックダンパ４６では、弾性体４７がブラケット４０また
は４９を介してウエハ定盤６に取り付けられるととも
に、この弾性体４７の＋Ｚ側（すなわちウエハステージ
５の移動面と略直交する方向）に質量体４８が所定の剛
性をもって連結されている。

【００４２】質量体４８の質量は、ウエハ定盤６の振動
モードに対応するモード質量に基づいて設定されてい
る。具体的には、ウエハ定盤６のモード質量の５％〜１
０％を選択することで効果的な減衰が得られることが振
動工学的に知られているが、ここではモード質量の１０
％に設定されている。そして、例えばタングステンや鉛
などのような比重の大きな材質を用いることで、質量体
４８の小型化を実現している。また、弾性体４７および
質量体４８を合わせたダイナミックダンパ４６の振動系
としての固有振動数は、ウエハ定盤６の固有振動数とほ
ぼ一致するように設定されている。

【００４３】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。

【００４４】さらに、投影光学系ＰＬのフランジ２３に
は、異なる３カ所、具体的にはエアマウント３０の配置
に対応した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。

【００４５】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２
３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。

【００４６】なお、上記照明光学系ＩＵや投影光学系Ｐ
Ｌ等は、不図示の制御装置によって統括的に制御され
る。また、この制御装置は、レチクル用レーザ干渉計、
ウエハ用レーザ干渉計４４、ウエハ定盤用レーザ干渉計
４５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。さらに、制御装置は、振動センサ群の
計測結果に基づいて防振ユニット１１、２４、２９を駆
動することにより、レチクル定盤３、ウエハ定盤６、鏡
筒定盤２５の振動をアクティブに制御する構成になって
いる。

【００４７】次に、上記のように構成されたステージ装
置および露光装置の中、まずステージ装置７の動作につ
いて説明する。ウエハステージ５がリニアモータ１５の
駆動により移動すると、防振ユニット２９では、レーザ
干渉計４４等の計測値に基づいて、ウエハステージ５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）が制御装置によりフィードフォ
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３０およびボイスコイルモータ３１が駆動される。ま
た、ウエハステージ５とリニアモータ３２、３３の固定
子とウエハ定盤６との３者間の摩擦が零でなかったり、
ウエハステージ５と固定子３７との移動方向が僅かに異
なる等の理由で、ウエハ定盤６の６自由度方向の微少な
振動が残留した場合にも、振動センサ群の計測値に基づ
いて上記残留振動を除去すべく、エアマウント３０およ
びボイスコイルモータ３１をフィードバック制御する。

【００４８】また、鏡筒定盤２５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固定
子１７、３７が移動し、リアクションフレーム８に微振
動が発生しても、リアクションフレーム８との間に防振
ユニット２４が介装されて振動に関して独立している。
また、鏡筒定盤２５に微振動が発生しても、鏡筒定盤２
５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２６およびボイスコ
イルモータ２７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２５を定常的に安
定した位置に維持することができる。したがって、鏡筒
定盤２５に支持された投影光学系ＰＬを安定した位置に
維持することができ、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ができる。

【００４９】ここで、制御装置は、鏡筒定盤２５（すな
わち投影光学系ＰＬ）とウエハ定盤６との相対位置関係
を同期させるべく、レーザ干渉計４５の計測結果に基づ
いて、投影光学系ＰＬとウエハ定盤６との光軸方向（Ｚ
方向）及び光軸直交面に対する傾斜方向の３自由度
（Ｚ、θＸ、θＹ）の位置関係を求め、各方向における
相対関係が所定範囲（例えば、Ｚ方向では１μｍ、θ
Ｘ、θＹでは１μｒａｄ）に収まるように防振ユニット
２４、２９の駆動を制御してウエハ定盤６を投影光学系
ＰＬに対して追従させる。

【００５０】このとき、ウエハ定盤６は、図８に示した
ように、振動により捻れて撓むが、ウエハ定盤６の振動
に伴ってダイナミックダンパ４６の振動系が励振されて
Ｚ方向に連成振動する。この連成振動のうち、弾性体４
７の大きな粘性によりウエハ定盤６の振動が減衰されて
その振幅が小さくなる。また、質量体４８の質量がウエ
ハ定盤６のモード質量の１０％であるとともに、ダイナ
ミックダンパ４６の固有振動数がウエハ定盤６の固有振
動数とほぼ一致しているので、ダイナミックダンパ４６
の連成振動により、図９に二点鎖線で示されるように、
ウエハ定盤６の固有振動数における共振のピークが小さ
くなる。この結果、ウエハ定盤６を１０〜３０Ｈｚ程度
の低周波領域で投影光学系ＰＬに対して追従させる制御
を行った際に発生する残留振動が小さくなる。

【００５１】続いて、上記の構成の露光装置１における
露光動作について以下に説明する。いずれも不図示のレ
チクル顕微鏡およびオフアクシス・アライメントセンサ
等を用いたレチクルアライメント、ベースライン計測等
の準備作業が行われ、その後アライメントセンサを用い
たウエハＷのファインアライメント（ＥＧＡ；エンハン
スト・グローバル・アライメント等）が終了し、ウエハ
Ｗ上の複数のショット領域の配列座標が求められる。そ
して、アライメント結果に基づいてレーザ干渉計４４の
計測値をモニタしつつ、リニアモータ３２、３３を制御
してウエハＷの第１ショットの露光のための走査開始位
置にウエハステージ５を移動する。そして、リニアモー
タ１５、３３を介してレチクルステージ２とウエハステ
ージ５とのＹ方向の走査を開始し、両ステージ２、５が
それぞれの目標走査速度に達すると、露光用照明光によ
ってレチクルＲのパターン領域が照明され、走査露光が
開始される。

【００５２】この走査露光時には、レチクルステージ２
のＹ方向の移動速度と、ウエハステージ５のＹ方向の移
動速度とが投影光学系ＰＬの投影倍率（１／５倍あるい
は１／４倍）に応じた速度比に維持されるように、リニ
アモータ１５、３３を介してレチクルステージ２および
ウエハステージ５を同期制御する。そして、レチクルＲ
のパターン領域の異なる領域が照明光で逐次照明され、
パターン領域全面に対する照明が完了することにより、
ウエハＷ上の第１ショットの走査露光が完了する。これ
により、レチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介し
てウエハＷ上の第１ショット領域に縮小転写される。

【００５３】このようにして、第１ショットの走査露光
が終了すると、リニアモータ３２、３３を介してウエハ
ステージ５がＸ、Ｙ方向にステップ移動され、第２ショ
ットの露光のため走査開始位置に移動される。このステ
ップ移動の際に、ウエハステージ５の位置（ウエハＷの
位置）を検出するレーザ干渉計４４の計測値に基づい
て、ウエハステージ５のＸ、Ｙ、θＺ方向の位置をリア
ルタイムで計測する。そして、この計測結果に基づき、
リニアモータ３２、３３を制御してウエハステージ５の
ＸＹ位置変位が所定の状態になるようにウエハステージ
５の位置を制御する。また、ウエハステージ５のθＺ方
向の変位に関しては、この変位の情報に基づいてウエハ
Ｗ側の回転変位の誤差を補正するように、レチクルステ
ージ２を回転制御する。この後、上記第１ショット領域
と同様に、第２ショット領域に対して走査露光を行う。
そして、ウエハＷ上のショット領域の走査露光と次ショ
ット露光のためのステップ移動とが繰り返し行われ、ウ
エハＷ上の露光対象ショット領域の全てにレチクルＲの
パターンが順次転写される。

【００５４】本実施の形態のステージ装置では、ウエハ
定盤６の振動によってダイナミックダンパ４６が連成振
動してウエハ定盤６の振動エネルギーを吸収するので、
ウエハ定盤６におけるＺ方向の振動を減少させるように
制振することができる。また、上記実施の形態では、ダ
イナミックダンパ４６の振動系における固有振動数をウ
エハ定盤６の固有振動数とほぼ一致させているので、ウ
エハ定盤６を投影光学系ＰＬに追従させる際に発生する
共振のピークが小さくなるように制振することができ、
低周波領域における十分なサーボ剛性を容易に得ること
ができる。さらに、本実施の形態では、これらダイナミ
ックダンパ４６をウエハ定盤６に発生する振動の腹とな
る箇所近傍に取り付けているので、ウエハ定盤６の振動
を効果的に抑制することができる。

【００５５】しかも、上記実施の形態では、弾性体４７
および質量体４８からなるダイナミックダンパ４６をウ
エハ定盤６にブラケット４０、４９を介して取り付ける
という簡単な構成でウエハ定盤６の振動を制振している
ので、装置の小型化および低価格化に寄与できるととも
に、万一、ダイナミックダンパ４６に係る故障が発生し
た場合でも容易にその原因を特定することができ、復旧
作業に要する時間を短くすることができる。

【００５６】そして、このようにウエハ定盤６のＺ方向
の振動を抑制・制振しているので、本実施の形態の露光
装置では、ウエハ定盤６に残留振動があっても、ウエハ
Ｗを投影光学系ＰＬに容易に追従させることができ、光
軸方向においてウエハＷと投影光学系ＰＬとの相対位置
誤差を抑制することができる。このため、本実施の形態
の露光装置では、像ボケ等の発生要因を排除して高精度
の露光処理を実施することができる。特に、投影光学Ｐ
Ｌとウエハ定盤６とが振動的に独立して設置された露光
装置であっても、これらの相対位置誤差を抑制して露光
精度を向上させることが可能である。

【００５７】なお、上記実施の形態においては、ダイナ
ミックダンパ４６によりウエハ定盤６に発生するＺ方向
の振動を抑制・制振する構成としたが、Ｘ方向やＹ方向
等、光軸方向と直交する方向の振動を制振することも可
能である。例えば図６に示すように、Ｙ方向（水平方
向）に間隔をあけて配された壁部５５、５５間に、質量
体４８のＹ方向両側に弾性体４７、４７が連結されたダ
イナミックダンパ４６を設けたブラケット５６をウエハ
定盤６の側面に取り付ける構成としてもよい。この場
合、質量体４８のＹ方向への移動を円滑にするコロや、
エアスライダを設けることが好ましい。この構成では、
ウエハ定盤６のＹ方向の振動に対しても、ダイナミック
ダンパ４６が連成振動するので、上記と同様に、ウエハ
定盤６の振動エネルギを吸収して制振することができ
る。

【００５８】また、上記実施の形態では、本発明のステ
ージ装置をウエハＷ側のステージ装置７に用いる構成と
したが、レチクルＲ側のステージ装置４に対しても、レ
チクル定盤３にダイナミックダンパ４６と同様の構成の
ものを取り付けてもよい。この場合、レチクル定盤３に
発生する振動を抑制・制振することができるので、レチ
クルＲと投影光学系ＰＬとの相対位置誤差を抑制するこ
とができる。

【００５９】さらに、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。

【００６０】なお、上記実施の形態で示した弾性体４
７、質量体４８の材質は一例であり、ウエハ定盤６のモ
ード質量に応じた質量を有する質量体、粘性係数が大き
な弾性体であれば、他の材質も適宜採用可能である。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】半導体デバイスは、図７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。

【００７０】

【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、定盤に、定盤の振動によって連成振動す
る連成装置が設けられる構成となっている。これによ
り、このステージ装置では、定盤の振動エネルギーを吸
収して、定盤の振動を制振できるという効果が得られ
る。

【００７１】請求項２に係るステージ装置は、連成装置
が定盤に取り付けられる弾性体と、弾性体に連結される
質量体とを有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、簡単な構成で定盤の振動を制振可能
となり、装置の小型化および低価格化に寄与できるとと
もに、万一、故障が発生した場合でも容易にその原因を
特定することができ、復旧作業に要する時間を短くでき
るという効果が得られる。

【００７２】請求項３に係るステージ装置は、弾性体と
質量体とがステージ本体の移動面と略直交する方向に所
定剛性をもって連結される構成となっている。これによ
り、このステージ装置では、定盤の振動エネルギーを吸
収して、ステージ本体の移動面と略直交する方向の定盤
の振動を容易に制振できるという効果が得られる。

【００７３】請求項４に係るステージ装置は、連成装置
が定盤に発生する振動の腹となる箇所近傍に取り付けら
れる構成となっている。これにより、このステージ装置
では、定盤の振動を効果的に抑制できるという効果が得
られる。

【００７４】請求項５に係るステージ装置は、連成装置
の振動特性が定盤の固有振動数に基づいて設定される構
成となっている。これにより、このステージ装置では、
定盤を追従させる際に発生する共振のピークが小さくな
るように制振することができ、低周波領域における十分
なサーボ剛性を容易に得ることができるという効果を奏
する。

【００７５】請求項６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から５のいずれかに記載されたステージ装
置が用いられる構成となっている。これにより、この露
光装置では、定盤に残留振動があっても、基板を投影光
学系に容易に追従させることができ、光軸方向において
基板と投影光学系との相対位置誤差を抑制することがで
きる。このため、像ボケ等の発生要因を排除して高精度
の露光処理を実施できるという効果が得られる。

【００７６】請求項７に係る露光装置は、ステージ装置
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、ステージ装
置と投影光学系とが振動的に独立して配設された場合で
も、これらの相対位置誤差を抑制して露光精度を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す図であって、ダ
イナミックダンパを有する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レチクルステージの
外観斜視図である。

【図３】ウエハ定盤における防振ユニットの配置を
示す部分拡大図である。

【図４】ダイナミックダンパが設けられたウエハ定
盤の外観斜視図である。

【図５】ブラケット上にダイナミックダンパ取り付
けられたウエハ定盤の部分拡大図である。

【図６】ダイナミックダンパの別の取り付け形態を
示す正面図である。

【図７】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８】ウエハ定盤の外観斜視図である。

【図９】投影光学系とウエハ定盤との間の位置の周
波数特性図である。

【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）５ウエハステージ（ステージ本体、基板ステージ）６ウエハ定盤（定盤）７ステージ装置４６ダイナミックダンパ（連成装置）４７弾性体４８質量体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１５Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステージ本体が定盤上を移動するステ
ージ装置であって、前記定盤に、該定盤の振動によって連成振動する連成装
置が設けられ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、前記連成装置は、前記定盤に取り付けられる弾性体と、該弾性体に連結される質量体とを有することを特徴とす
るステージ装置。
【請求項３】請求項２記載のステージ装置におい
て、前記弾性体と前記質量体とは、前記ステージ本体の移動
面と略直交する方向に所定剛性をもって連結されること
を特徴とするステージ装置。
【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載のス
テージ装置において、前記連成装置は、前記定盤に発生する振動の腹となる箇
所近傍に取り付けられることを特徴とするステージ装
置。
【請求項５】請求項１から４のいずれかに記載のス
テージ装置において、前記連成装置の振動特性は、前記定盤の固有振動数に基
づいて設定されることを特徴とするステージ装置。
【請求項６】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投影光学系
を介して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から５のいずれかに記
載されたステージ装置が用いられることを特徴とする露
光装置。
【請求項７】請求項６記載の露光装置において、前記ステージ装置と前記投影光学系とは、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。