JP2003315479A - ステージ装置及びその制御方法並びに露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】微動ステージのストローク範囲を拡大すること
なく、且つ、粗動ステージと微動ステージに要求される
機械的精度を緩和しつつ、粗動ステージと微動ステージ
との相対距離を一定に保つことが可能なステージ装置を
提供する。 【解決手段】微動ステージ１はＸＹスライダー上に搭載
され、ＸＹ方向に微小範囲を移動可能である。ＸＹスラ
イダー４はＹガイドバー６によってＸ方向へ移動する
が、Ｘガイドバー５によってＸ方向への移動が規定され
る。Ｘガイドバー５の方向と微動ステージ１のバーミラ
ー２の面との相対角度がαである場合、Ｙガイドバー６
によってＸＹスライダー４をｘだけＸ方向に移動したと
き、αｘだけＸガイドバーを移動する。こうして、微動
ステージ１の位置決め後における微動ステージ１とＸＹ
スライダー４との相対的な位置関係を一定に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体リソグラフ
ィ工程等の高精度な加工に好適なステージ装置とその制
御方法、及びこのステージ装置を備える露光装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体デバイス等の製造に用いら
れる露光装置としては、基板（ウエハやガラス基板）を
ステップ移動させながら、基板上の複数の露光領域に原
版（レチクルやマスク）のパターンを、投影光学系を介
して順次露光するステップ・アンド・リピート型の露光
装置（ステッパと称することもある）や、ステップ移動
と走査露光とを繰り返すことにより、基板上の複数の領
域に露光転写を繰り返すステップ・アンド・スキャン型
の露光装置（スキャナと称することもある）が代表的で
ある。特にステップ・アンド・スキャン型は、スリット
により制限して投影光学系の比較的光軸に近い部分のみ
を使用しているため、より高精度且つ広画角な微細パタ
ーンの露光が可能となっている。

【０００３】これら露光装置はウエ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（ウエハステー
ジ、レチクルステージ）を有しているが、より高精度な
露光を行うためにはこれらのステージの動特性を高める
ことが必要である。ステージの目標位置に対する偏差
（誤差）の発生は、露光したパターンのずれとなって現
れてしまうためである。なお、動特性としては、代表的
には周波数特性等が挙げられる。周波数特性においてゼ
ロクロス周波数すなわち制御帯域が広いほど、良い動特
性が得られる。

【０００４】ステージの動特性を向上させるための一つ
の手法として、ステージを粗微動構成にする手法があ
る。概念的には、大出力・大ストロークの粗動ステージ
上に、小出力・小ストロークの微動ステージを搭載した
形態と言える。一般的に、制御対象であるステージが大
型化すれば、ステージ構造物自体の共振周波数を高める
ことは困難となり、結果としてステージの制御帯域は低
く制限されてしまう。微小駆動のみに特化した微動ステ
ージはステージ及びアクチュエータの小型化が可能であ
り、制御帯域を高くしやすい。従って、大出力・大スト
ロークのステージ上に微動ステージを構成すれば、ステ
ージにおける制御帯域を高くしやすい。なお、制御帯域
とは、開ループゲインが０ｄＢとなる周波数であり、例
えば、サーボ制御を考えたときに、計測・制御のサイク
ルの周波数が有効な範囲のことである。

【０００５】上述のような粗微動構成のステージにおい
ては、粗動ステージと微動ステージの位置を何らかの手
法で計測し、これを用いてフィードバックループを構成
して各ステージを制御するのが一般的である。位置計測
のための手段としては、通常レーザ干渉計が用いられ
る。このようなステージについては、本出願人による特
許出願である特願２００２−０００７９８１号において
提案されている。また微動部と粗動部の位置を計測する
ことについては、例えば、特開２０００−１０６３４４
号公報に開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような粗微動構成
のステージにおいて、微動ステージはその本来の目的か
ら微小ストロークをカバーするよう構成される。このた
め、微動ステージの移動を案内するガイドバーとレーザ
干渉計で微動ステージの位置を計測するために微動ステ
ージに設けられるバーミラーとの平行度のずれが所定値
以上となった場合には、粗動ステージと微動ステージの
間の相対距離の変化が微動ステージの微小な可動ストロ
ーク範囲を超えてしまうことがある。この場合には、微
動ステージが正しく制御できないことになる。

【０００７】上述の問題を回避するためには、粗動ステ
ージの駆動方向とバーミラーの面とを厳密に平行となる
よう調整するか、あるいは微動ステージのストロークを
大きめに確保することが必要となる。前者については、
組み立て工数が増大するばかりでなく、バーミラーの着
脱により平行度が変化してしまう可能性があり、再現性
が期待できない。また後者については、微動ステージの
本来の目的から逸脱することになるわけで、制御帯域の
拡大が困難となってしまう。

【０００８】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、動特性の高い、または高精度な位置決めを可能
とするステージ装置及びその制御方法を提供することを
目的とする。また、本発明の他の目的は、上記ステージ
装置を適用することにより、パターンの露光精度を向上
した露光装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるステージ装置は以下の構成を備える。
即ち、平面上をＸＹ移動方向に移動可能な第１ステージ
と、該第１のステージに対して該第１のステージの移動
方向と略平行な微小範囲を移動可能な第２ステージと、
前記第１及び第２ステージの位置をそれぞれ独立に計測
する第１及び第２計測手段と、前記第１及び第２計測手
段により得られる計測値を用いて、前記第１及び第２ス
テージを駆動する駆動手段と、前記第２計測手段によっ
て規定されるＸＹ方向と前記第１ステージのＸＹ移動方
向とのずれと、前記第２ステージの位置とに基づいて、
前記第１及び第２ステージの相対位置を一定に保つよう
に前記駆動手段による該第１ステージの駆動を補正する
補正手段とを備える。

【００１０】また、上記の目的を達成するための本発明
によるステージ装置の制御方法は、平面上をＸＹ移動方
向に移動可能な第１ステージと、該第１のステージに対
して該第１のステージの移動方向と略平行な微小範囲を
移動可能な第２ステージと、前記第１及び第２ステージ
の位置をそれぞれ独立に計測する第１及び第２計測手段
とを備えたステージ装置の制御方法であって、前記該第
１及び第２計測手段により得られる計測値を用いて、前
記第１及び第２ステージを駆動する駆動工程と、前記第
２計測手段によって規定されるＸＹ方向と前記第１ステ
ージのＸＹ移動方向とのずれと、前記第２ステージの位
置とに基づいて、前記第１及び第２ステージの相対位置
を一定に保つように前記駆動工程による該第１ステージ
の駆動を補正する補正工程とを備える。

【００１１】また、本発明によれば、上記ステージ装置
を用いた露光装置が提供される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の実施形態を説明する。

【００１３】＜第１の実施形態＞図１は、本発明が適用
される粗微動構成のステージの概略平面図を示すもの
で、微動ステージ１には位置計測用のバーミラー２，３
が設けられ、レーザ干渉計１１、１２からの計測光を反
射する。微動ステージ１は、下部に設けられたＸＹスラ
イダー４から非接触で浮上しており、さらにＸＹスライ
ダー４上に設けられたボイスコイルタイプのリニアモー
タによって微小ストローク駆動される。ＸＹスライダー
４は、エアーベアリング（静圧軸受け）により、Ｘガイ
ドバー５とＹガイドバー６にガイドされている。また、
ＸＹスライダー４は、Ｚ方向に関して、エアーベアリン
グ（静圧軸受け）により基準構造体７上面にガイドされ
ている。

【００１４】Ｘガイドバー５とＹガイドバー６の両端部
付近にはリニアモータの可動子（マグネット）８、９が
取り付けられていて、ＸＹ各２個のリニアモータ固定子
（コイル）８、９に電流を流すことによりローレンツ力
を発生させ、Ｘガイドバー５をＹ方向に、Ｙガイドバー
６をＸ方向に駆動できる構成になっている。つまりＸガ
イドバー５とＹガイドバー６、ＸＹスライダー４が、全
体として粗動ステージになっているわけである。Ｘガイ
ドバー５とＹガイドバー６は微動ステージ１と同様にレ
ーザ干渉計１３、１４によってそれぞれの位置が計測さ
れる。

【００１５】微動ステージ１の位置はバーミラー２、３
により計測される。従って、バーミラー２，３の面がス
テージ１の走り方向を決定することになる。仮に、図２
に示すように、レーザ干渉計の光軸とバーミラー２が垂
直ではない状態であったとする。この状態でＸＹスライ
ダ４がＸ方向に平行移動した場合（即ちＹガイドバー６
のみがＸ方向に移動した場合）、バーミラー２の傾きに
従ってＹ方向の計測値が変化することになる（図２では
ε）。通常、レーザ干渉計の計測値によりステージの位
置が制御されるので、Ｙ方向にもεだけ移動することに
なる。このため、結果としてＸＹスライダ４はバーミラ
ーの傾きと平行に、即ちレーザ干渉計光軸に対して斜め
に駆動されることになる（図３）。

【００１６】また、仮にバーミラー２がレーザ干渉計光
軸に対して完全に垂直であったとする。Ｘガイドバー５
あるいはＹガイドバー６も同様にレーザ干渉計で計測さ
れた位置をもとに制御されている。このため、もし各ガ
イドバーの駆動する方向とバーミラーの面とが平行でな
ければ、ガイドバー（５、６）と微動ステージ１が目標
位置へ移動した後のＸＹスライダー４と微動ステージ１
との相対距離は、ステージのＸＹ方向の位置により変化
することになる。この様子を図４に示す。図４におい
て、微動ステージ１をＸ方向に平行移動した場合、Ｙス
ライダー６の移動と微動ステージ１のアクチュエータに
より破線で示す位置に移動することになるが、その結
果、Ｘガイドバー５（即ちＸＹスライダー４）と微動ス
テージ１の相対的な位置関係が変化する。

【００１７】これらのことを、より詳細に説明する。図
５は、粗動ステージ（Ｘガイドバー５とＹガイドバー
６、ＸＹスライダー４）のＸ駆動方向（即ちＸガイド５
の方向）と微動ステージ１のＸ駆動方向（即ちＹバーミ
ラー２の面）とが、平行から角度αだけずれている場合
を示している。即ち、微動ステージの計測系によって規
定されるＸＹ方向と粗動ステージが移動するＸＹ方向に
ずれがあり、微動ステージの計測系のＸ方向と粗動ステ
ージの移動のＸ方向との間の相対角度がαの場合を示し
ている。

【００１８】今、粗動ステージと共に微動ステージ１が
ｘだけＸ方向に駆動したと仮定すると、粗動ステージと
微動ステージとの相対距離は、α×ｘだけＹ方向に変化
することになる。従って、ステージをｘだけＸ方向に移
動した場合は、粗動ステージの位置をＹ方向にα×ｘだ
け移動すれば、粗動ステージと微動ステージとの相対距
離は一定に保たれる。

【００１９】なお、図５によりＸ方向に関する相対角度
αを説明したが、微動ステージの計測系のＹ方向と粗動
ステージの移動のＹ方向との相対角度も同様に求めるこ
とができ、以下の説明ではこの相対角度をβとする。

【００２０】本実施形態のステージ駆動装置は上記のよ
うな制御を実現するものであり、そのための制御系のブ
ロック図を図６に示す。図６は微動ステージ１のＸ方向
への駆動と、粗動ステージのＹ方向への駆動の補正を実
現するための制御構成である。図６では、粗動ステージ
及び微動ステージの補償器６１、６２が、粗動ステージ
及び微動ステージの開ループ特性６３，６４に前置さ
れ、ステージの位置をフィードバックする構成になって
いる。開ループ特性６３はＸガイドバー５の駆動部とレ
ーザ干渉計１３を含み、補償器６１からの出力に応じて
Ｘガイドバー５を移動して、その位置を表すレーザ干渉
計１３からの信号をＹとして出力する。同様に、開ルー
プ特性６４は微動ステージ１をＸ方向へ微小移動するア
クチュエータとレーザ干渉計１２を含み、補償器６２か
らの出力に応じて微動ステージ１を移動して、その位置
を表すレーザ干渉計１２からの信号をｘとして出力す
る。なお、補償器６１、６２の例としては、ＰＩＤ補償
器等が挙げられる。

【００２１】また、ＲＹは粗動ステージのＹ方向目標位
置、ｒｘは微動ステージ１の目標位置を示す。上述のよ
うにＹはレーザ干渉計１３で検出された粗動ステージの
Ｙ方向位置座標、ｘはレーザ干渉計１２で検出された微
動ステージ１のＸ方向座標を表している。

【００２２】また、図６において、１１５は位置補正部
であり、図５により前述したような粗動ステージ位置の
補正を実現する。すなわち、レーザ干渉計１３による粗
動ステージのＹ方向の位置計測値Ｙを、α及び微動ステ
ージ１のＸ方向位置ｘにより補正し、これをフィードバ
ックしてＸガイドバーの制御系を構成することにより、
角度αによる相対距離の変化を自動的に修正することが
可能となる。

【００２３】また、図６においてはさらにΔＹを導入し
ている。これは、粗動ステージおよび微動ステージがそ
れぞれ同一目標位置へ移動した時点で、微動ステージの
位置がちょうどストローク中心になるような補正量に相
当する。すなわち、微動ステージ１とＸ、Ｙガイド
（５、６）を原点座標位置に移動したときの、微動ステ
ージ１の原点位置と当該微動ステージの可動範囲の中心
位置とのＸ、Ｙ方向のずれ量をΔＸ、ΔＹとする。図６
においてはこれらのうちのΔＹ（Ｙ方向のずれ量）が導
入されている。ΔＸ、ΔＹの決定方法は図８のフローチ
ャートにより後述する。

【００２４】同様の制御構成を、微動ステージ１のＹ方
向への駆動及び粗動ステージのＸ方向への駆動について
も採用する。図７はそのような制御構成を示すブロック
図である。補償器７１、７２は図６の補償器６１、６２に
準ずるものである。また、開ループ特性７３はＹガイド
バー６の駆動部とレーザ干渉計１４を含み、開ループ特
性７４は微動ステージ１をＹ方向へ微小駆動するアクチ
ュエータとレーザ干渉計１１を含む構成となる。また、
図７ではβが角度のずれに相当し、位置補正部１１６
は、レーザ干渉計１４による粗動ステージのＸ方向の位
置計測値Ｘを、β及び微動ステージ１のＹ方向位置ｙに
より補正し、これをフィードバックして制御系を構成す
ることにより、角度βによる相対距離の変化を自動的に
修正することが可能となる。なお、図７の位置補正部１
１６においても、上述のΔＸを導入している。

【００２５】上記の構成により、Ｘガイドバー５及びＹ
ガイドバー６の駆動を、目標位置座標（ＲＸ、ＲＹ）と
検出位置座標（Ｘ、Ｙ）が以下の式を満足するように制
御することになる。

【００２６】ＲＹ＝Ｙ＋αｘ＋ΔＹ ＲＸ＝Ｘ＋βｙ＋ΔＸ ここで、 Ｘ、Ｙ：粗動ステージにおけるＸガイドバー５とＹガイ
ドバー６の検出位置座標、 ｘ、ｙ：微動ステージ１の検出位置座標、 ΔＸ、ΔＹ：粗動ステージ及び微動ステージを原点座標
位置に移動したときの、微動ステージ１の原点位置と当
該微動ステージ１の可動範囲の中心位置とのずれ量、 α：粗動ステージのＸ移動方向と微動ステージ１の計測
系（レーザ干渉計１２）によって規定されるＸ方向との
相対角度、 β：粗動ステージのＹ移動方向と微動ステージ１の計測
系（レーザ干渉計１１）によって規定されるＹ方向との
相対角度。

【００２７】以上の図６、図７に示す制御系を用いたス
テージ装置の制御構成について更に説明する。

【００２８】図１０は本実施形態によるステージ装置の
制御構成を示すブロック図である。図１０において、レ
ーザ干渉計１１、１２は図１に示したとおりであり、そ
れぞれ微動ステージ１のＹ位置、Ｘ位置を計測する。ま
た、１０１は微動ステージＸアクチュエータであり、微
動ステージ１をＸ方向へ微小駆動する。１０２は微動ス
テージＹアクチュエータであり、微動ステージ１をＹ方
向へ微小駆動する。微動ステージＸアクチュエータ１０
１、微動ステージＹアクチュエータ１０２としては、例
えばボイスコイルタイプのリニアモータが好適である。
また、図１０において１０５はＸガイドバー５をＹ方向
へ移動するための駆動部、１０６はＹガイドバー６をＸ
方向へ移動するための駆動部である。

【００２９】１２０は駆動コントローラであり、上述の
微動ステージＸ、Ｙアクチュエータ（１０１、１０２）
やＸ、Ｙガイドバー駆動部（１０５、１０６）の駆動を
制御する。１１１はＸアクチュエータ制御部であり、与
えられた目標位置（ｒｘ）とレーザ干渉計１２の信号に
基づいて微動ステージＸアクチュエータ１０１を駆動す
る。Ｘアクチュエータ制御部１１１は図６における、目
標位置ｒｘを入力して補償器６２によって駆動信号を生
成する構成、レーザ干渉計１２からの位置信号ｘをフィ
ードバックする構成に相当する。なお、開ループ特性６
４は微動ステージＸアクチュエータ１０１とレーザ干渉
計１２を含む構成となる。

【００３０】１１２はＹアクチュエータ制御部であり、
与えられた目標位置（ｒｙ）とレーザ干渉計１１の信号
に基づいて微動ステージＹアクチュエータ１０２を駆動
する。Ｙアクチュエータ制御部１１２は図７における、
目標位置ｒｙを入力して補償器７２によって駆動信号を
生成する構成、レーザ干渉計１１からの位置信号ｙをフ
ィードバックする構成に相当する。なお、開ループ特性
７４は微動ステージＹアクチュエータ１０２とレーザ干
渉計１１を含む構成となる。

【００３１】１１３はＸガイドバー制御部であり、与え
られた目標位置（ＲＹ）と、図６で説明した位置補正部
１１５からの補正量と、レーザ干渉計１３からの信号に
基づいて、Ｘガイドバー駆動部１０５によるＸガイドバ
ー５の移動を制御する。Ｘガイドバー制御部１１３は図
６における、目標位置ＲＹを入力して補償器６１によっ
て駆動信号を生成する構成、レーザ干渉計１３からの位
置信号Ｙに位置補正部１１５からの補正値を加えてフィ
ードバックする構成に相当する。なお、開ループ特性６
３はＸガイドバー駆動部１０５とレーザ干渉計１３を含
む構成となる。

【００３２】１１４はＹガイドバー制御部であり、与え
られた目標位置と、後述の位置補正部１１６からの補正
量と、レーザ干渉計１４からの信号に基づいて、Ｙガイ
ドバー駆動部１０６によるＹガイドバー６の移動を制御
する。Ｙガイドバー制御部１１４は図７における、目標
位置ＲＸを入力して補償器７１によって駆動信号を生成
する構成、レーザ干渉計１４からの位置信号Ｘに位置補
正部１１６からの補正値を加えてフィードバックする構
成に相当する。なお、開ループ特性７３はＹガイドバー
駆動部１０６とレーザ干渉計１４を含む構成となる。

【００３３】なお、各制御部１１１〜１１４に与えられ
る目標位置（ｒｘ、ｒｙ、ＲＸ、ＲＹ）は後述のステー
ジコントローラ１３０より与えられる。

【００３４】１１７は係数メモリであり、位置補正部１
１５、１１６で用いられるパラメータα、β、ΔＹ、Δ
Ｘを記憶する。

【００３５】１３０はステージコントローラであり、Ｃ
ＰＵ、メモリ等（不図示）を具備して、当該ステージ装
置の全体の制御を行なう。なお、ステージコントローラ
１３０は、例えば当該ステージ装置を露光装置に適用し
た場合に、露光装置全体の制御を司る露光装置コントロ
ーラによって実現されてもよい。

【００３６】なお、パラメータα、β、ΔＹ、ΔＸは予
め係数メモリ１１７に格納されて、ステージ駆動時に利
用されるが、これらパラメータをステージコントローラ
１３０が算出して係数メモリ１１７に格納するよう構成
することもできる。これらパラメータα、β、ΔＸ、Δ
Ｙは、図８のフローチャートに従って算出することがで
きる。なお、図８のフローチャートはステージコントロ
ーラ１３０によって実行されるものとする。

【００３７】ステップ１：まず、ステップＳ１１におい
て粗動ステージ、微動ステージをともに座標Ｐ(0)＝
（０，０）に移動する。

【００３８】ステップ２：次に、微動ステージ１のみを
Ｘ方向に、微動ステージのノミナルストロークより大き
い量ｄｘだけ正負の方向へ駆動し、操作量が飽和しない
ストローク範囲を求め、その中点をストローク中心とす
る。まず、ステップＳ１２において微動ステージ１を
（−ｄｘ，０）へと駆動させ、次いでステップＳ１３で
（＋ｄｘ，０）に駆動する。このときの微動ステージ位
置と微動ステージ操作量を逐次計測し、微動ステージの
操作量が飽和しないストローク範囲（可動範囲）を求め
て、その中点をｍｘ(0)とする（ステップＳ１４）。微
動ステージと粗動ステージとの相対距離がストローク範
囲を超えた場合、両者が干渉する状態となるので微動ス
テージへの操作量が飽和することになるので、これをも
ってストローク範囲とするわけである。

【００３９】この様子を図９に示す。操作量が飽和しな
いストローク範囲が位置９１と位置９２のように求まる
ので、その中点９３をもって微動ステージ１のＸ方向の
ストローク中心とする。

【００４０】ステップ３：ステップ２と同様の動作を、
微動ステージＹ方向の駆動により行い、ｍｙ(0)を求め
る（ステップＳ１５〜Ｓ１６）。

【００４１】ステップ４：粗動ステージ、微動ステージ
とも座標Ｐ(1)＝（Ｌ，０）に移動する（ステップＳ１
８、Ｓ１９、Ｓ２０）。そして、ステップ２とステップ
３の動作を同様に行って、ｍｘ(1)、ｍｙ(1)を求める。

【００４２】ステップ５〜７：ステップ２、ステップ３
の動作を、さらに座標Ｐ(2)＝（−Ｌ，０）、Ｐ(3)＝
（０，Ｌ）、Ｐ(4)＝（０，−Ｌ）について行い、それ
ぞれ操作量が飽和しないストローク範囲の中点ｍｘ(2)
〜ｍｘ(4)、ｍｙ(2)〜ｍｙ(4)を求める。

【００４３】ステップ８：以上のステップ７までで得ら
れた微動ステージの駆動範囲中点の計測結果を用いて、
以下の式、 ΔＸ＝ｍｘ(0) ΔＹ＝ｍｙ(0) α＝（ｍｙ(1)−ｍｙ(2)）／（２×Ｌ） β＝（ｍｘ(3)−ｍｘ(4)）／（２×Ｌ） によりα、β、ΔＸ、ΔＹを算出する。

【００４４】これらのステップは、ステージ位置（０，
０）を基準として、Ｘ方向に移動してＹ方向の中点を、
Ｙ方向に移動してＸ方向の中点をそれぞれ求め、それら
の傾き成分としてα及びβを算出することに相当する。
得られた結果は係数メモリ１１７に格納されることによ
り、図６及び図７のブロック図にただちに反映される。
この結果、粗動ステージと微動ステージの相対位置はス
テージの全ストローク範囲内で一定に保たれることにな
る。

【００４５】＜第２の実施形態＞第１の実施形態におい
ては、粗動ステージと微動ステージとの相対角度αない
しβをパラメータとして粗動ステージ位置を補正する方
法について示したが、相対角度がステージ位置により変
化する可能性もあり得る。この場合には、α、βにかわ
って微動ステージ位置の有理関数表現ｆ（ｘ）、ｇ
（ｙ）を用いて近似して適用することが可能である。有
理関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｙ）は、図８のフローチャートに
おいて、ｍｘ(ｎ)、ｍｙ(ｎ)をｎ（≧３）個求め、この
３つ以上の各ｍｘ(ｎ)及び／または各ｍｙ(ｎ)の値を最
小自乗法等で統計処理して求めればよい。

【００４６】この場合、Ｘガイドバー５及びＹガイドバ
ー６の駆動を、目標位置座標（ＲＸ、ＲＹ）と検出位置
座標（Ｘ、Ｙ）が以下の式を満足するように制御するこ
とになる。

【００４７】ＲＹ＝Ｙ＋ｆ（ｘ）＋ΔＹ ＲＸ＝Ｘ＋ｇ（ｙ）＋ΔＸ ここで、 Ｘ、Ｙ：粗動ステージにおけるＸガイドバー５とＹガイ
ドバー６の検出位置座標、 ｘ、ｙ：微動ステージ１の検出位置座標、 ΔＸ、ΔＹ：粗動ステージ及び微動ステージを原点座標
位置に移動したときの、微動ステージ１の原点位置と当
該微動ステージ１の可動範囲の中心位置とのずれ量、 ｆ（ｘ）：粗動ステージのＸ移動方向と微動ステージ１
の計測系（レーザ干渉計１２）によって規定されるＸ方
向とのずれに起因した、位置ｘにおけるＹ方向のずれ量
を規定する有理関数 ｇ（ｙ）：粗動ステージのＹ移動方向と微動ステージ１
の計測系（レーザ干渉計１１）によって規定されるＹ方
向とのずれに起因した、位置ｙにおけるＸ方向のずれ量
を規定する有理関数。

【００４８】なお、ｆ（ｘ），ｇ（ｙ）は微動ステージ
位置による参照テーブル形式で与えても良い。このよう
な参照テーブルは係数メモリ１１７に格納しておけばよ
いことは明らかである。また、この場合に、位置補正部
１１５、１１６において、微動ステージ１の位置に応じ
てメモリ１１７の参照テーブルから対応する係数を読み
出す構成が必要となるが、そのようなメモリ読み出し回
路の構成は当業者には自明であろう。

【００４９】以上述べたように、上記各実施形態によれ
ば、粗微動構成のステージにおいて、ステージの位置に
よらず両者の相対距離を一定に保つことができる。よっ
て、ステージ組み立てが容易になるばかりでなく、微動
ステージのストロークを必要最小限とすることが可能と
なり、微動ステージ動特性の向上に寄与でき、より高性
能なステージを提供することができる。

【００５０】＜第３の実施形態＞図１１は上記第１ある
いは第２の実施形態による移動ステージを適用可能な露
光装置の要部構成例を示す図である。図１１において、
露光光源１１０１は露光光によりレチクルステージ１１
０２上のレチクル１１１０を照射する。レチクルを透過
した露光光は投影光学系１１０３を経てウエハ１１１１
上に縮小されて結像される。これにより、レチクル１１
１０上のパターンがウエハ１１１１上に焼きつけられ
る。

【００５１】１１０４は露光装置定盤であり、定盤１１
０４上に第１あるいは第２の実施形態で説明したステー
ジ装置が設置される。上述したように、微動ステージ１
はＸＹスライダ４上を微小範囲で移動可能であり、微小
ステージ１上には露光対象のウエハ１が装着される。

【００５２】以上のような構成の露光装置は、第１ある
いは第２の実施形態で説明したステージ装置によってウ
エハ１１１１を所定位置に移動して露光を繰り返す、所
謂ステップ・アンド・リピート方式のものである。な
お、レチクルステージ１１０２を移動可能とし、ウエハ
のステップ移動と走査露光とを繰り返すステップ・アン
ド・スキャン方式とすることもできる。この場合、レチ
クルステージ１１０２にも上記第１あるいは第２実施形
態で説明したステージ装置を適用することができる。

【００５３】＜第４の実施形態＞次に上記説明した露光
装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明す
る。図１２は半導体デバイスの全体的な製造プロセスの
フローを示す。ステップＳ１０１（回路設計）では半導
体デバイスの回路設計を行う。ステップＳ１０２（マス
ク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを
製作する。一方、ステップＳ１０３（ウエハ製造）では
シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。

【００５４】ステップＳ１０４（ウエハプロセス）は前
工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、
リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成
する。次のステップＳ１０５（組み立て）は後工程と呼
ばれ、ステップＳ１０４によって作製されたウエハを用
いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程
（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程
（チップ封入）等の組立て工程を含む。ステップＳ１０
６（検査）ではステップＳ１０５で作製された半導体デ
バイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行
う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これ
を出荷（ステップＳ１０７）する。

【００５５】前工程と後工程はそれぞれ専用の別の工場
で行い、これらの工場毎に上記説明した遠隔保守システ
ムによって保守がなされる。また前工程工場と後工程工
場との間でも、インターネットまたは専用線ネットワー
クを介して生産管理や装置保守のための情報がデータ通
信される。

【００５６】図１３は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップＳ１１１（酸化）ではウエハの表面
を酸化させる。ステップＳ１１２（ＣＶＤ）ではウエハ
表面に絶縁膜を成膜する。ステップＳ１１３（電極形
成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステ
ップＳ１１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打
ち込む。ステップＳ１１５（レジスト処理）ではウエハ
に感光剤を塗布する。ステップＳ１１６（露光）では上
記説明したＸ線露光装置によってマスクの回路パターン
をウエハに焼付露光する。ステップＳ１１７（現像）で
は露光したウエハを現像する。ステップＳ１１８（エッ
チング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取
る。ステップＳ１１９（レジスト剥離）ではエッチング
が済んで不要となったレジストを取り除く。

【００５７】これらのステップを繰り返し行うことによ
って、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
動特性の高い、または高精度な位置決めの可能なステー
ジ装置の提供が可能となる。また、本発明によれば、上
記ステージ装置を露光装置に適用したので、パターンの
露光精度を向上した露光装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】粗微動構成のステージの概略を示す平面図であ
る。

【図２】レーザ干渉計の光軸とバーミラーが垂直でない
状態におけるステージ駆動の問題点を説明する図であ
る。

【図３】レーザ干渉計の光軸とバーミラーが垂直でない
状態におけるステージ駆動の問題点を説明する図であ
る。

【図４】ガイドバーの駆動する方向とバーミラーの面と
が平行でない場合のステージ駆動の問題点を説明する図
である。

【図５】実施形態による、粗動ステージのＸ駆動方向と
微動ステージのＸ駆動方向とが、平行から角度αずれて
いる場合の補正動作を説明する図である。

【図６】実施形態のステージ駆動装置によるステージ駆
動制御系の構成を示すブロック図である。

【図７】実施形態のステージ駆動装置によるステージ駆
動制御系の構成を示すブロック図である。

【図８】位置補正部で用いるパラメータの設定処理を説
明するフローチャートである。

【図９】微動ステージの移動量と操作量の関係からスト
ローク中心を決定する様子を説明する図である。

【図１０】実施形態によるステージ装置のための制御構
成を示す図である。

【図１１】本発明に係るステージ装置を適用可能な露光
装置の要部の概略構成を説明する図である。

【図１２】半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフ
ローを示す図である。

【図１３】図１２に示したウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す図である。

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面上をＸＹ移動方向に移動可能な第１
   ステージと、 該第１のステージに対して該第１のステージの移動方向
   と略平行な微小範囲を移動可能な第２ステージと、 前記第１及び第２ステージの位置をそれぞれ独立に計測
   する第１及び第２計測手段と、 前記第１及び第２計測手段により得られる計測値を用い
   て前記第１及び第２ステージを駆動する駆動手段と、 前記第２計測手段によって規定されるＸＹ方向と前記第
   １ステージのＸＹ移動方向とのずれと、前記第２ステー
   ジの位置とに基づいて、前記第１及び第２ステージの相
   対位置を一定に保つように前記駆動手段による該第１ス
   テージの駆動を補正する補正手段とを備えることを特徴
   とするステージ装置。
2. 【請求項２】 前記補正手段は、前記第２ステージの可
   動範囲の中心が目標位置にくるように前記第１ステージ
   の駆動を補正することにより、該第１及び第２ステージ
   の相対位置を一定に保つことを特徴とする請求項１に記
   載のステージ装置。
3. 【請求項３】 前記補正手段は、前記第１のステージの
   位置の駆動が、Ｘ方向の目標位置をＲＸ、Ｙ方向の目標
   位置をＲＹとした場合に、 ＲＹ＝Ｙ＋αｘ＋ΔＹ ＲＸ＝Ｘ＋βｙ＋ΔＸ ここで、 Ｘ、Ｙ：前記第１ステージの検出位置座標、 ｘ、ｙ：前記第２ステージの検出位置座標、 ΔＸ、ΔＹ：前記第１及び第２ステージを原点座標位置
   に移動したときの、該第２ステージの原点位置と該第２
   ステージの可動範囲の中心位置とのずれ量、 α：前記第１ステージのＸ移動方向と前記第２計測手段
   によって規定されるＸ方向との相対角度、 β：前記第１ステージのＹ移動方向と前記第２計測手段
   によって規定されるＹ方向との相対角度、を満たすよう
   に前記駆動手段による前記第１ステージの駆動を補正す
   ることを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
4. 【請求項４】 前記第１ステージの可動範囲における複
   数の位置において、前記第２ステージのみを駆動して該
   第２ステージの可動範囲の中心位置を求め、得られた複
   数の中心位置に基づいて前記定数α、β、ΔＸ、ΔＹを
   決定する決定手段を更に備えることを特徴とする請求項
   ３に記載のステージ装置。
5. 【請求項５】 前記補正手段は、前記第１のステージの
   位置の駆動が、Ｘ方向の目標位置をＲＸ、Ｙ方向の目標
   位置をＲＹとした場合に、 ＲＹ＝Ｙ＋ｆ（ｘ）＋ΔＹ ＲＸ＝Ｘ＋ｇ（ｙ）＋ΔＸ Ｘ、Ｙ：前記第１ステージの検出位置座標、 ｘ、ｙ：前記第２ステージの検出位置座標、 ΔＸ、ΔＹ：前記第１及び第２ステージを原点座標位置
   に移動したときの、該第２ステージの原点位置と該第２
   ステージの可動範囲の中心位置とのずれ量、 ｆ（ｘ）：前記第１ステージのＸ移動方向と前記第２計
   測手段によって規定されるＸ方向とのずれに起因した、
   位置ｘにおけるＹ方向のずれ量を規定する有理関数 ｇ（ｙ）：前記第２ステージのＹ移動方向と前記第２計
   測手段によって規定されるＹ方向とのずれに起因した、
   位置ｙにおけるＸ方向のずれ量を規定する有理関数、を
   満たすように前記駆動手段による前記第１ステージの駆
   動を補正することを特徴とする請求項２に記載のステー
   ジ装置。
6. 【請求項６】 前記補正手段は、前記ｆ（ｘ）及びｇ
   （ｙ）をテーブル形式でメモリに保持し、前記第２ステ
   ージの位置（ｘ、ｙ）に基づいて対応するｆ（ｘ），ｇ
   （ｙ）の値を取得することを特徴とする請求項５に記載
   のステージ装置。
7. 【請求項７】 前記第１ステージの可動範囲における複
   数の位置において、前記第２ステージのみを駆動して該
   第２ステージの可動範囲の中心位置を求め、得られた複
   数の中心位置に基づいて前記定数ΔＸ、ΔＹ及び前記有
   理関数ｆ（ｘ）及びｇ（ｙ）を求めることを特徴とする
   請求項５に記載のステージ装置。
8. 【請求項８】 前記第１及び第２の計測手段が、レーザ
   干渉計であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれ
   かに記載のステージ装置。
9. 【請求項９】 原版のパターンの一部を、投影光学系を
   介して基板上に投影し、前記原版パターンの所定の露光
   領域を前記基板上に露光する露光手段と、前記露光のた
   めに前記原版及び／または基板を移動させる請求項１乃
   至８のいずれかに記載のステージ装置を備えていること
   を特徴とする露光装置。
10. 【請求項１０】 前記露光手段が、前記投影光学系に対
    して前記原版と基板を移動させて共に走査することによ
    り前記原版のパターンの所定領域を前記基板上転写する
    走査露光を行なうことを特徴とする請求項９に記載の露
    光装置。
11. 【請求項１１】 平面上をＸＹ移動方向に移動可能な第
    １ステージと、 該第１のステージに対して該第１のステージの移動方向
    と略平行な微小範囲を移動可能な第２ステージと、 前記第１及び第２ステージの位置をそれぞれ独立に計測
    する第１及び第２計測手段とを備えたステージ装置の制
    御方法であって、 前記該第１及び第２計測手段により得られる計測値を用
    いて、前記第１及び第２ステージを駆動する駆動工程
    と、 前記第２計測手段によって規定されるＸＹ方向と前記第
    １ステージのＸＹ移動方向とのずれと、前記第２ステー
    ジの位置とに基づいて、前記第１及び第２ステージの相
    対位置を一定に保つように前記駆動工程による該第１ス
    テージの駆動を補正する補正工程とを備えることを特徴
    とするステージ装置の制御方法。
12. 【請求項１２】 前記補正工程は、前記第２ステージの
    可動範囲の中心が目標位置にくるように前記第１ステー
    ジの駆動を補正することにより、該第１及び第２ステー
    ジの相対位置を一定に保つことを特徴とする請求項１１
    に記載のステージ装置の制御方法。
13. 【請求項１３】 前記補正工程は、前記第１のステージ
    の位置の駆動が、Ｘ方向の目標位置をＲＸ、Ｙ方向の目
    標位置をＲＹとした場合に、 ＲＹ＝Ｙ＋αｘ＋ΔＹ ＲＸ＝Ｘ＋βｙ＋ΔＸ ここで、 Ｘ、Ｙ：前記第１ステージの検出位置座標、 ｘ、ｙ：前記第２ステージの検出位置座標、 ΔＸ、ΔＹ：前記第１及び第２ステージを原点座標位置
    に移動したときの、該第２ステージの原点位置と該第２
    ステージの可動範囲の中心位置とのずれ量、 α：前記第１ステージのＸ移動方向と前記第２計測手段
    によって規定されるＸ方向との相対角度、 β：前記第１ステージのＹ移動方向と前記第２計測手段
    によって規定されるＹ方向との相対角度、を満たすよう
    に前記駆動工程による前記第１ステージの駆動を補正す
    ることを特徴とする請求項１２に記載のステージ装置の
    制御方法。
14. 【請求項１４】 前記第１ステージの可動範囲における
    複数の位置において、前記第２ステージのみを駆動して
    該第２ステージの可動範囲の中心位置を求め、得られた
    複数の中心位置に基づいて前記定数α、β、ΔＸ、ΔＹ
    を決定する決定工程を更に備えることを特徴とする請求
    項１３に記載のステージ装置の制御方法。
15. 【請求項１５】 前記補正工程は、前記第１のステージ
    の位置の駆動が、Ｘ方向の目標位置をＲＸ、Ｙ方向の目
    標位置をＲＹとした場合に、 ＲＹ＝Ｙ＋ｆ（ｘ）＋ΔＹ ＲＸ＝Ｘ＋ｇ（ｙ）＋ΔＸ Ｘ、Ｙ：前記第１ステージの検出位置座標、 ｘ、ｙ：前記第２ステージの検出位置座標、 ΔＸ、ΔＹ：前記第１及び第２ステージを原点座標位置
    に移動したときの、該第２ステージの原点位置と該第２
    ステージの可動範囲の中心位置とのずれ量、 ｆ（ｘ）：前記第１ステージのＸ移動方向と前記第２計
    測手段によって規定されるＸ方向とのずれに起因した、
    位置ｘにおけるＹ方向のずれ量を規定する有理関数 ｇ（ｙ）：前記第２ステージのＹ移動方向と前記第２計
    測手段によって規定されるＹ方向とのずれに起因した、
    位置ｙにおけるＸ方向のずれ量を規定する有理関数、を
    満たすように前記駆動工程による前記第１ステージの駆
    動を補正することを特徴とする請求項１２に記載のステ
    ージ装置の制御方法。
16. 【請求項１６】 前記補正工程は、前記ｆ（ｘ）及びｇ
    （ｙ）をテーブル形式でメモリに保持し、前記第２ステ
    ージの位置（ｘ、ｙ）に基づいて対応するｆ（ｘ），ｇ
    （ｙ）の値を取得することを特徴とする請求項１５に記
    載のステージ装置の制御方法。
17. 【請求項１７】 前記第１ステージの可動範囲における
    複数の位置において、前記第２ステージのみを駆動して
    該第２ステージの可動範囲の中心位置を求め、得られた
    複数の中心位置に基づいて前記定数ΔＸ、ΔＹ及び前記
    有理関数ｆ（ｘ）及びｇ（ｙ）を決定する決定工程を更
    に備えることを特徴とする請求項１５に記載のステージ
    装置の制御方法。