JP2003217997A

JP2003217997A - ステージ装置及び露光装置

Info

Publication number: JP2003217997A
Application number: JP2002009489A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Tanaka; 慶一田中
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2003-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】ステージの駆動反力処理を改良し、ステージ
を高精度で移動・位置決めできるステージ装置及びその
ようなステージ装置を備えた露光装置を提供する。【解決手段】ステージ装置１５のガイド１９はベース
プレート１７に固定されている。ベースプレート１７
は、ウェハチャンバ床面１２１ａ上に非接触静圧平面軸
受２３で浮上して支持されている。ベースプレート１７
の一辺から２本のバー３３が延び、各バーの先端にアク
ティブダンパ３７が接続しており、この辺に隣接する辺
からは１本のバー３３が延び、このバーの先端にアクテ
ィブダンパ３７が接続している。ガイド１９からベース
プレート１７に伝わった駆動反力は、アクティブダンパ
３７から支持構造体３８に伝わり、ウェハチャンバ１２
１には伝わらない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェハ（感応基
板）やレチクル（マスク、パターン原版）等を移動・位
置決めするステージ装置、並びに、それを有する露光装
置に関する。特には、ステージの駆動反力処理に改良を
加えたステージ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】半導体
デバイスパターンのリソグラフィに使用される露光装置
は、ウェハやレチクルを高速で移動させて位置決めする
ステージ装置を備えている。図４は、露光装置の全体構
造の一例を模式的に示す図である。露光装置２００は床
面２０２上に設置されている。同装置２００のボディ２
０３は、防振台（エアマウント、ＬＰＦ（ローパスフィ
ルタ））２０１を介して床面２０２上に固定されてい
る。この防振台２０１は床の振動を遮断する。ボディ２
０３は門型の構造体であって、両側の柱部２０３ｂと、
両柱部２０３ｂの上にまたがる梁部２０３ａとなからな
る。梁部２０３ａの下面には、ボックス状のウェハチャ
ンバ２０５が吊り下げられて固定されている。ウェハチ
ャンバ２０５の底面２０５ａ上には、ウェハステージの
ガイド２０６が、静圧平面軸受（図示されず）を介し
て、浮上した状態で支持されている。ガイド２０６上に
は、ウェハの移動・位置決めを行うステージ（スライ
ダ）２０７が載置されており、同ステージ２０７はガイ
ド２０６の軸方向にガイドされる。

【０００３】ボディ２０３の梁部２０３ａの中央部に
は、投影光学系鏡筒２０８が設置されている。この投影
光学系鏡筒２０８の外側の、ボディ２０３の梁部２０３
ａの上面には、レチクルステージ固定台２１０が設置さ
れている。固定台２１０上には、レチクルステージのガ
イド２１１が、静圧平面軸受（図示されず）を介して浮
上した状態で支持されている。ガイド２１１上には、レ
チクルの移動・位置決めを行うステージ（スライダ）２
１２が載置されており、同ステージ２１２はガイド２１
１の軸方向にガイドされる。

【０００４】ボディ２０３の梁部２０３ａの上面の最も
外側の部分には、大きなボックス状のレチクルチャンバ
２１３が固定されている。レチクルチャンバ２１３は、
レチクルステージ２１２等を覆うとともに、その上部中
央に照明光学系鏡筒２１４が固定されている。

【０００５】上述のウェハステージ２０７及びレチクル
ステージ２１２の駆動機構の一例としては、ステージを
高速かつ非接触で駆動するリニアモータが挙げられる。
リニアモータは可動子と固定子で構成され、どちらか一
方にコイル、他方に磁性体が内蔵される。このようなリ
ニアモータにおいては、固定子はガイドを介して、露光
装置メインボディに直結されたベース等に固定される場
合（不図示）と、ガイドと共に非接触静圧平面軸受等を
介して、浮上して一軸方向に移動可能に配置される場合
がある（図４参照）。前者の、リニアモータ固定子及び
ガイドがメインボディなどに固定されている場合は、ス
テージの加減速時に発生する駆動反力がリニアモータ固
定子からガイドを経てボディに伝わり、ボディ及びステ
ージ自身が振動してしまう。

【０００６】後者の場合は、反力を受けるとともにガイ
ドの位置を制御するための、水平に延びる緩衝部材２２
１、２２２、及び、ＲＦＣ（Reaction Force Cancelle
r）２２３が、ガイド２０６、２１１の側方に設けられ
ている。緩衝部材２１１、２２２は、ばね、ダンパ、ア
クチュエータ等を備え、一端がガイド２０６、２１１に
接続し、他端がＲＦＣ（Reaction Force Canceller）２
２３に支持されている。ＲＦＣ２２３は、太い柱のよう
な構造体で、基端は床面２２２上に固定されている。

【０００７】ステージ２０７、２１２のスライダが高速
移動すると、加減速に伴って駆動反力が発生する。駆動
反力は、ガイド２０６、２１１から緩衝部材２２１、２
２２を経てＲＦＣ２２３に伝わる。したがって、ステー
ジ駆動反力は、チャンバ２１３、２０５や露光装置メイ
ンボディ２０３に伝わることなく、光学系２０８やステ
ージ２１２、２０７の振動を防止できる。

【０００８】ステージの駆動反力処理方法の他の例とし
ては、いわゆる運動量保存方式（カウンタマス方式）が
ある。この方式では、ステージ駆動用リニアモータの固
定子及びガイド全体を駆動軸方向に移動可能（非拘束）
としておくとともに、駆動軸方向と直交する方向には固
定子をエアガイド（静圧平面軸受）で非接触案内・支持
する。そして、リニアモータ可動子及びスライダを動か
す加減速力の反力により、固定子・ガイドも自由に動く
（フロートする）。このようにすれば、ステージ駆動反
力はステージ外に出ず、ステージ内部で閉じた反力処理
を実現できる。運動量保存方式の他の利点としては、ス
テージ可動部と固定部が逆方向に動くので、両部を併せ
たステージ全体重心の変動、つまり偏荷重が抑制される
ことも挙げられる。

【０００９】しかしながら、リニアモータの可動子と固
定子との間に存在するうず電流による粘性や、ステージ
に接続される各種の電気配線や配管等の変形による抵抗
等が作用して、固定子が所望の位置に移動しないことが
ある。このような不確定な作用による固定子の移動を補
償するため、付加的なアクチュエータを設けることもあ
る。

【００１０】電子ビーム露光装置では、部材表面やエア
ガイドから発生するアウトガスの低減や、機構の簡素
化、ステージ寸法の最小化を考慮すると、反力処理機構
として運動量保存方式を採用することは問題がある。つ
まり、運動量保存方式とリニアモータを組み合わせる
と、リニアモータの固定子と可動子が両方とも動いてし
まうので、リニアモータの固定子又は可動子のいずれを
永久磁石とした場合にも永久磁石が動くこととなる。こ
れにより電子ビーム軌道に有害な漏洩磁場が、磁気シー
ルドでは抑えきれないほど大きくなる。さらに、運動量
保存方式では、固定子と可動子が反対方向に動くため、
両者の相対的ストロークは長くなり、ステージの寸法が
大きくなる。電子ビーム露光装置では、ステージは真空
チャンバ内に収容しなければならないため、また、空気
軸受からのアウトガス低減のため、ステージの寸法は極
小化の要請が強い。

【００１１】以上のような問題点を考慮すれば、磁場発
生源を増やさない、単純な（ノンアクティブな）機械式
ダンパによる反力処理機構が有力である。

【００１２】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、ステージの駆動反力処理を改良し、ステー
ジを高精度で移動・位置決めできるステージ装置及びそ
のようなステージ装置を備えた露光装置を提供すること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のステージ装置は、ガイド及び該ガイド上
をスライドするスライダを備えるステージ装置であっ
て、前記ガイドが固定されたベースプレートと、該
ベースプレートを、第１の支持構造体上において非接触
で保持・案内する静圧平面軸受と、前記ガイドから前
記ベースプレートにかかる前記スライダの駆動反力を受
ける、第２の支持構造体に支持された複数のアクティブ
ダンパと、を備え、前記アクティブダンパが、前記ベ
ースプレートを、平面内二軸方向及び回転方向で位置決
めすることを特徴とする。

【００１４】本発明の露光装置は、感応基板上にエネ
ルギ線を選択的に照射してパターン形成する露光装置で
あって、前記感応基板又はパターン原版の移動・位置
決めを行うための請求項１記載のステージを備えること
を特徴とする。

【００１５】スライダの駆動反力は、ガイド→ベースプ
レート→アクティブダンパ→第２の支持構造体に伝わ
る。ベースプレートと第１の支持構造体との間には静圧
平面軸受が存在するので、平面内での駆動反力は第１の
支持構造体へは伝わらない。ステージ近傍に存在する露
光装置の光学系などの振動を嫌う設備は、第１の支持構
造体上に設置すれば、ステージの駆動反力に伴う振動か
ら遮断できる。その結果、露光装置においては、高精度
のパターン形成を行うことができる。ベースプレート及
び固定ガイドの位置は、アクティブダンパによって、正
規の位置からあまり外れないように制御される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。図３は、電子ビーム露光装置の構成を模式的に説明
する図である。まず、図３を参照しつつ本発明の実施の
形態に係るステージ装置を備えた露光装置について説明
する。

【００１７】電子線露光装置１００の上部には、光学鏡
筒１０１が配置されている。光学鏡筒１０１には、真空
ポンプ１０２が設置されており、光学鏡筒１０１内を真
空排気している。

【００１８】光学鏡筒１０１の上部には、電子銃１０３
が配置されており、下方に向けて電子線を放射する。電
子銃１０３の下方には、順にコンデンサレンズ１０４
ａ、電子線偏向器１０４ｂ等を含む照明光学系１０４が
配置されている。同鏡筒１０４の下方には、レチクルＲ
が配置されている。電子銃１０３から放射された電子線
は、コンデンサレンズ１０４ａによって収束される。続
いて、偏向器１０４ｂにより図の横方向に順次走査（ス
キャン）され、光学系の視野内にあるレチクルＲの各小
領域（サブフィールド）の照明が行われる。なお、図で
はコンデンサレンズ１０４ａは一段であるが、実際の照
明光学系には、数段のレンズやビーム成形開口、ブラン
キング開口等が設けられている。

【００１９】レチクルＲは、レチクルステージ１１１の
上部に設けられたチャック１１０に静電吸着等により固
定されている。レチクルステージ１１１は、定盤１１６
に載置されている。

【００２０】レチクルステージ１１１には、図の左方に
示す駆動装置１１２が接続されている。なお、実際に
は、駆動装置（リニアモータ）１１２はステージ１１１
に組み込まれている。駆動装置１１２は、ドライバ１１
４を介して、制御装置１１５に接続されている。また、
レチクルステージ１１１の側方（図の右方）にはレーザ
干渉計１１３が設置されている。レーザ干渉計１１３
も、制御装置１１５に接続されている。レーザ干渉計１
１３で計測されたレチクルステージ１１１の正確な位置
情報が制御装置１１５に入力される。レチクルステージ
１１１の位置を目標位置とすべく、制御装置１１５から
ドライバ１１４に指令が送出され、駆動装置１１２が駆
動される。その結果、レチクルステージ１１１の位置を
リアルタイムで正確にフィードバック制御することがで
きる。

【００２１】定盤１１６の下方には、ウェハチャンバ
（真空チャンバ）１２１が配置されている。ウェハチャ
ンバ１２１の側方（図の右側）には真空ポンプ１１２が
接続されており、ウェハチャンバ１２１内を真空排気し
ている。ウェハチャンバ１２１内（実際にはチャンバ内
の光学鏡筒内）には、コンデンサレンズ（投影レンズ）
１２４ａ、偏向器１２４ｂ等を含む投影光学系１２４が
配置されている。ウェハチャンバ１２１内の下部には、
ウェハ（感応基板）Ｗが配置されている。

【００２２】レチクルＲを通過した電子線は、コンデン
サレンズ１２４ａにより収束される。コンデンサレンズ
１２４ａを通過した電子線は、偏向器１２４ｂにより偏
向され、ウェハＷ上の所定の位置にレチクルＲの像が結
像される。なお、図ではコンデンサレンズ１２４ａは一
段であるが、実際には、投影光学系中には複数段のレン
ズや収差補正用のレンズやコイルが設けられている。

【００２３】ウェハＷは、ウェハステージ１３１の上部
に設けられたチャック１３０に静電吸着等により固定さ
れている。ウェハステージ１３１は、定盤１３６に載置
されている。ウェハステージ１３１には、図の左方に示
す駆動装置１３２が接続されている。なお、実際には駆
動装置１３２はステージ１３１に組み込まれている。駆
動装置１３２は、ドライバ１３４を介して、制御装置１
１５に接続されている。なお、実際には、また、ウェハ
ステージ１３１の側方（図の右方）にはレーザ干渉計１
３３が設置されている。レーザ干渉計１３３も、制御装
置１１５に接続されている。レーザ干渉計１３３で計測
されたウェハステージ１３１の正確な位置情報が制御装
置１１５に入力される。ウェハステージ１３１の位置を
目標とすべく、制御装置１１５からドライバ１３４に指
令が送出され、駆動装置１３２が駆動される。その結
果、ウェハステージ１３１の位置をリアルタイムで正確
にフィードバック制御することができる。

【００２４】次に、この露光装置に用いるステージ装置
について詳細に説明する。なお、以下の例ではウェハを
載置するウェハステージについて説明するが、レチクル
ステージも同様の構成を採用できる。図１は、本発明の
実施の形態に係る露光装置のステージ装置周辺の構造を
説明する側面断面図である。図２は、図１のステージ装
置の平面図である。

【００２５】露光装置１００のメインボディ１１は、防
振台（エアマウント、ＬＰＦ（ローパスフィルタ））１
３を介して床面２０２上に固定されている。メインボデ
ィ１１は門型の構造体であり、両側の柱部１１ａと、両
柱部１１ａの上にまたがる梁部１１ｂとなからなる。梁
部１１ｂの下面には、ボックス状のウェハチャンバ１２
１が吊り下げられて固定されている。ボディ１１の梁部
１１ｂの中央部には、投影光学系鏡筒１２４が設置され
ている。この投影光学系鏡筒１２４内にはコンデンサレ
ンズや偏向器等を含む投影光学系１２３が配置されてい
る。

【００２６】ウェハチャンバ１２１の底面１２１ａ（第
１の支持構造体）上には、ウェハステージ１５が設置さ
れている。ウェハステージ１５は、ベースプレート１
７、ガイド１９、スライダ２１などから構成される。ベ
ースプレート１７は、静圧平面軸受（空気軸受）２３を
介して底面１２１ａ上に浮上した状態で保持される。な
お、図１では簡単に示すため、ウェハステージ１５は一
軸方向（Ｘ方向）のガイドとスライダのみを図示してい
る。

【００２７】図２に示すように、ガイド１９は、ベース
プレート１７上にＸ方向に延びるように、ある距離を隔
てて平行に固定されている。各ガイド１９には、気体軸
受（図示されず）を介してボックス状のＸスライダ２５
がそれぞれ嵌合している。ガイド１９とＸスライダ２５
の間にリニアモータ（図１に示す符号２０）が装備され
ており、各Ｘスライダ２５はガイド１９に沿ってＸ軸上
を移動する。

【００２８】両Ｘスライダ２５上には、Ｙ方向に延びる
移動ガイド２７が掛け渡されて固定されている。移動ガ
イド２７には、気体軸受を介して、中空ボックス状のＹ
スライダ（移動スライダ）２１が嵌合している。移動ガ
イド２７とＹスライダ２１の間にはリニアモータ（図示
されず）が装備されており、Ｙスライダ２１は移動ガイ
ド２７に沿ってＹ軸上を移動する。Ｙスライダ２１上に
は静電チャック２９が配置されている。ウェハＷはこの
静電チャック２９に電気的に吸着保持される。

【００２９】ベースプレート１７の側面には、リニアガ
イド３１を介して水平に延びるバー３３が固定されてい
る。バー３３は、図２に示すように、ベースプレート１
７の図の左辺に２本、上辺に１本の計３本配置されてい
る。ベースプレート左辺に配置された２つのバー３３−
１、３３−２は、ベースプレート１７のＹ軸方向中心線
から上下の位置に、Ｘ軸方向に平行に延びるように配置
されている。ベースプレート上辺に配置されたバー３３
−３は、ベースプレートのＸ軸方向中心線上に、Ｙ軸方
向に延びるように配置されている。

【００３０】各バー３３は、ウェハチャンバ１２１の側
壁を貫通して、メインボディ１１とウェハチャンバ１２
１間の空間に延びている。ウェハチャンバ１２１の側壁
とバー３３は真空シール３５により気密に、また摺動可
能に保持されている。各バー３３の先端はアクティブダ
ンパ３７に接続されている。アクティブダンパ３７は支
持構造体３８（第２の支持構造体）により床２０２上に
支えられており、空気ばねやダンパ、アクチュエータ等
を内蔵する。

【００３１】ベースプレート１７とウェハチャンバの床
面１２１ａ間には、図２に示すようにエンコーダ３９が
配置されている。エンコーダの可動側検知部４１は、ベ
ースプレート１７の上下辺の各左寄りの位置に、検知面
が−Ｘ方向（図の左方向）を向くように取り付けられて
いる。そして、ウェハチャンバ底面１２１ａ上には、エ
ンコーダ固定側検知部４３が、その検知面がエンコーダ
可動側検知部４１の検知面と対向するように取り付けら
れている。エンコーダ３９は、各検知部の検知面間の距
離を計測し、ウェハチャンバの底面１２１ａに対するベ
ースプレート１７の位置のＸ方向及びθｚ方向への変位
を測定する。同様に、Ｙ方向の変位を検出するエンコー
ダ３９´（固定側検知部４３´、可動側検知部４１´）
も設けられている。エンコーダ３９で計測された値はア
クティブダンパ３７にフィードバックされる。

【００３２】ステージの移動に伴い、各スライダには駆
動反力が発生する。この駆動反力は、各スライダの移動
方向であるＸ方向及びＹ方向に、最終的にはベースプレ
ート１７に対して及ぼされる。また、図に示すようなス
テージ構成（Ｈ字型ステージ）においては、２つのＸス
ライダの駆動力を推力配分してステージの厳密な並進運
動を行っており、移動部（Ｘスライダ、移動スライダ、
Ｙスライダ）の重心を基準として駆動できないこともあ
る。この結果、スライダの駆動反力が、これらのスライ
ダが搭載されているベースプレート１７にθｚ方向の回
転トルクを及ぼす。

【００３３】また、各スライダが図２に示す位置に移動
した場合、これらのスライダ２１、２５やガイド１９、
２７等が搭載されているベースプレート１７全体の重心
位置は、ベースプレート単体の重心位置Ｇから位置Ｇ´
に移動する。ベースプレート１７は静圧平面軸受２３を
介してウェハチャンバ底面１２１ａ上に浮上して支持さ
れているため、重心が移動しても同プレート１７の水平
姿勢は維持されるが、θｚ方向への回転トルクが発生す
ることがある。

【００３４】ベースプレート１７がＸ方向、Ｙ方向、θ
ｚ方向の駆動反力を受けると、同ベースプレートは静圧
平面軸受２３上で、ＸＹ平面上を該方向に移動しようと
する。そこで、反力のＹ方向成分に関しては、アクティ
ブダンパ３７−３で反力と反対方向に力を作用させ、Ｘ
方向成分に関しては、アクティブダンパ３７−１、３７
−２で反力と反対方向に力を作用させて、ベースプレー
ト１７の各方向への変動を防いでいる。さらに、ベース
プレート１７の左辺の２ヶ所に設けられたアクティブダ
ンパ３７−１、３７−２を各々逆方向に作動させること
により、ベースプレート１７の側面に、反力のθｚ方向
成分の反対方向の力を作用させて、ベースプレート１７
の回転を防ぐ。ここで、各アクティブダンパが及ぼす力
は、エンコーダ３９で計測された値に基づいて調整され
る。なお、本実施例では、アクティブダンパ３７は、ベ
ースプレート１７の左側辺に２個、上側辺に１個配置し
たが、１個及び２個のアクティブダンパを配置する辺は
隣接する辺のどの辺であってもよい。

【００３５】上述のように、スライダ２１、２５の駆動
反力は固定ガイド１９からベースプレート１７へ伝わる
が、ベースプレート１７はアクティブダンパ３７により
反力と反対方向の力が加えられて静止状態を保つ。ベー
スプレート１７は、静圧平面軸受２３を介してウェハチ
ャンバの床面１２１ａ（第１の支持構造体）上に設置さ
れているため、反力はウェハチャンバ床面１２１ａには
伝わらず、ダンパ３７を支持する支持構造体３９に伝わ
って床面２０２に逃がされる。投影光学系１２３などの
振動を嫌う設備は、メインボディ１１に設置されている
ので、ステージの駆動反力に伴う振動から遮断できる。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ステージの移動によって発生する駆動反力に
伴うステージ装置や光学系等の振動を遮断し、高精度で
移動・位置決めを行うステージ装置及び露光装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る露光装置のステージ
装置周辺の構造を説明する側面断面図である。

【図２】図１のステージ装置の平面図である。

【図３】電子ビーム露光装置の構成を模式的に説明する
図である。

【図４】露光装置の全体構造の一例を模式的に示す図で
ある。

【符号の説明】

１１メインボディ１３防振台１５ウェハステージ１７ベースプレ
ート１９ガイド２１スライダ２３静圧平面軸受（空気軸受）２５Ｘスライダ２７移動ガイド２９静電チャッ
ク３１リニアガイド３３バー３５真空シール３７アクティブ
ダンパ３８支持構造体３９エンコーダ４１可動側検知部４３固定側検知
部１００露光装置１２１ウェハチ
ャンバ１２３投影光学系１２４投影光学
系鏡筒２０２床面

───────────────────────────────────────────────────── 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 ５０３Ｆ５４１ＬＦターム(参考） 2F078 CA02 CB05 CB13 CC02 CC15 5F031 CA02 CA07 HA16 JA06 JA14 JA17 JA28 JA36 KA06 KA08 KA15 LA02 LA08 MA27 NA05 PA08 5F046 AA23 CC01 CC03 CC18 CC20 5F056 EA14 EA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガイド及び該ガイド上をスライドするス
ライダを備えるステージ装置であって、前記ガイドが固定されたベースプレートと、該ベースプレートを、第１の支持構造体上において非接
触で保持・案内する静圧平面軸受と、前記ガイドから前記ベースプレートにかかる前記スライ
ダの駆動反力を受ける、第２の支持構造体に支持された
複数のアクティブダンパと、を備え、前記アクティブダンパが、前記ベースプレートを、平面
内二軸方向及び回転方向で位置決めすることを特徴とす
るステージ装置。
【請求項２】感応基板上にエネルギ線を選択的に照射
してパターン形成する露光装置であって、前記感応基板又はパターン原版の移動・位置決めを行う
ための請求項１記載のステージを備えることを特徴とす
る露光装置。