JP2004153092A

JP2004153092A - 露光装置

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Publication number: JP2004153092A
Application number: JP2002317769A
Authority: JP
Inventors: Osamu Arai; 治荒井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2022-10-31
Also published as: JP4078485B2

Abstract

【課題】温度変化が生じて参照鏡を支持する部分が移動してもステージ位置計測を精度良く行うことができる位置検出装置を備えた露光装置を提供する。
【解決手段】露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬと、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面内で移動可能な基板ステージＰＳＴと、基板ステージＰＳＴのＸ軸方向の位置を検出する位置検出装置２０とを備えている。位置検出装置１０は、基板ステージＰＳＴに設けられたＸ移動鏡１７Ｘと、投影光学系ＰＬの外側であって、線膨張の方向がＹ軸方向となる部分に設けられた参照鏡１９Ａ，１９Ｂと、移動鏡及び参照鏡１９Ａ，１９Ｂのそれぞれに対してレーザビームを照射し、移動鏡及び参照鏡１９Ａ，１９Ｂのそれぞれから発生した反射光を干渉するレーザ干渉計１８とを備えている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動するステージの位置を検出する位置検出装置を備えた露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスや液晶表示デバイスは、マスク上に形成されたパターンを感光基板上に転写する、いわゆるフォトリソグラフィの手法により製造される。このフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、感光基板を載置して２次元移動する基板ステージとパターンを有するマスクを載置して２次元移動するマスクステージとを有し、マスク上に形成されたパターンをマスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながら投影光学系を介して感光基板に転写するものである。このような露光装置では、感光基板やマスクの位置計測を精度良く行う必要があり、基板ステージ及びマスクステージの位置検出装置としてレーザ干渉計が用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１６３３５４号公報
【０００４】
図１３は、従来のレーザ干渉計を備えた露光装置の一般的な概略図である。
図１３に示すように、露光装置ＥＸＪは、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと、感光基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴと、マスクＭを露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンを感光基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬとを備えている。マスクステージＭＳＴ及び投影光学系ＰＬはコラム１０４に支持されており、基板ステージＰＳＴはステージ支持台１０３上に設けられている。そして、マスクステージＭＳＴ及び基板ステージＰＳＴのそれぞれは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致するＺ軸方向に垂直なＸＹ平面内で移動可能である。基板ステージＰＳＴのＸ軸方向における一端には移動鏡１０１が設けられており、投影光学系ＰＬの鏡筒ＰＫのＸ軸方向における一端には参照鏡１０２が設けられている。基板ステージＰＳＴのＸ軸方向における位置を検出するレーザ干渉計１００はコラム１０４に取り付けられており、移動鏡１０１にレーザビームである測長ビームＷＳを照射するとともに、参照鏡１０２にレーザビームである参照ビームＷＲを照射する。照射した測長ビームＷＳ及び参照ビームＷＲに基づく移動鏡１０１及び参照鏡１０２それぞれからの反射光はレーザ干渉計１００の受光部で受光され、レーザ干渉計１００はこれら光を干渉し、参照ビームＷＲの光路長を基準とした測長ビームＷＳの光路長の変化量、ひいては、参照鏡１０２を基準とした移動鏡１０１の位置（座標）を検出する。移動鏡１０１の位置を検出することにより基板ステージＰＳＴのＸ軸方向における位置が検出される。不図示ではあるが、露光装置ＥＸＪは、基板ステージＰＳＴのＹ軸方向における位置検出に用いられる移動鏡及び参照鏡と、これら移動鏡及び参照鏡にレーザビームを照射可能なＹ軸方向位置検出用のレーザ干渉計とを備えている。同様に、マスクステージＭＳＴにも移動鏡が設けられており、鏡筒ＰＫにはマスクステージＭＳＴの位置検出に用いられる参照鏡が取り付けられている。そして、これら移動鏡及び参照鏡にレーザビームを照射可能なマスクステージ位置検出用のレーザ干渉計によりマスクステージＭＳＴの位置検出が行われれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したレーザ干渉計を有する従来の露光装置において、以下に述べる問題が生じるようになった。
参照鏡１０２を固定している鏡筒ＰＫは温度変化により光軸ＡＸに対して交わる方向に膨張あるいは収縮するように変形する場合がある。例えば、図１４の模式図に示すように、鏡筒ＰＫが実線で示す状態から破線で示す状態に膨張すると、位置検出のための基準位置（例えば投影光学系ＰＬの光軸ＡＸのＸＹ平面内における位置）に対する参照鏡１０２の位置が移動する（図１４中、符号δＸ参照）。すると、レーザ干渉計１００は、基準位置に対して移動した参照鏡１０２を用いて基板ステージＰＳＴの位置検出を行うことになるので、位置検出誤差を生じる。従来では、基準位置に対する参照鏡１０２の移動は大きな問題にならなかったが、近年におけるパターンの微細化の要求に伴い、基準位置に対する参照鏡１０２の移動は無視できなくなってきている。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、温度変化が生じて参照鏡を支持する部分が移動してもステージ位置計測を精度良く行うことができる位置検出装置を備えた露光装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため本発明は、実施の形態に示す図１〜図１２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（ＥＸ）は、投影光学系（ＰＬ）と、被露光物体（Ｐ）を載置するとともに投影光学系（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）に垂直な平面内で移動可能なステージ（ＭＳＴ、ＰＳＴ）と、ステージ（ＭＳＴ、ＰＳＴ）の前記平面内における第１の方向（Ｘ）の位置を検出する位置検出装置（１０、２０）とを備えた露光装置において、位置検出装置（１０、２０）は、ステージ（ＭＳＴ、ＰＳＴ）に設けられた移動鏡（７Ｘ、１７Ｘ）と、投影光学系（ＰＬ）の外側であって、線膨張の方向が前記平面内で第１の方向（Ｘ）と交わる第２の方向（Ｙ）となる部分に設けられた参照鏡（９Ａ、９Ｂ、１９Ａ、１９Ｂ）と、移動鏡（７Ｘ、１７Ｘ）及び参照鏡（９Ａ、９Ｂ、１９Ａ、１９Ｂ）のそれぞれに対して光ビームを照射し、移動鏡（７Ｘ、１７Ｘ）及び参照鏡（９Ａ、９Ｂ、１９Ａ、１９Ｂ）のそれぞれから発生した光ビームの干渉光を検出する干渉計（８、１８）とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、参照鏡を、線膨張の方向が投影光学系の光軸に垂直な平面内で第１の方向と交わる第２の方向となる部分に設けたので、温度変化によって参照鏡を固定している部分（例えば鏡筒あるいはコラム）が移動しても、この移動方向は第２の方向となるので、参照鏡と基準位置（投影光学系の光軸の前記平面内における位置）との第１の方向における相対位置は変化しない。したがって、レーザ干渉計は参照鏡からの反射光に基づくステージの第１の方向における位置検出を精度良く行うことができる。
【０００９】
本発明の露光装置（ＥＸ）は、投影光学系（ＰＬ）と、投影光学系（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）に垂直な平面内で移動可能なステージ（ＭＳＴ、ＰＳＴ）と、ステージ（ＭＳＴ、ＰＳＴ）の前記平面内における第１の方向（Ｘ）の位置を検出する位置検出装置（１０、２０）とを備えた露光装置において、位置検出装置（１０、２０）は、ステージ（１０、２０）に設けられた移動鏡（１７Ｘ）と、第１の方向（Ｘ）において光軸（ＡＸ）を挟んで対向する投影光学系（ＰＬ）外側の少なくとも２つの位置にそれぞれ設けられた参照鏡（２２Ａ、２２Ｂ）と、移動鏡（１７Ｘ）及び参照鏡（２２Ａ、２２Ｂ）のそれぞれに対して光ビームを照射し、移動鏡（１７Ｘ）及び参照鏡（２２Ａ、２２Ｂ）のそれぞれから発生した光ビームの干渉光を検出する干渉計（１８）とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、温度変化によって参照鏡を固定している部分（鏡筒あるいはコラム）が移動しても、第１の方向において投影光学系の光軸を挟んで対向する２つの位置にそれぞれ設けられた参照鏡それぞれの光軸に対する移動量は略等しいので、これら２つの移動量に基づいて位置検出のための基準位置（投影光学系の光軸の前記平面内における位置）を求めることができる。そして、求めた基準位置に基づいて、レーザ干渉計はステージの位置検出を精度良く行うことができる。
【００１１】
本発明の露光装置（ＥＸ）は、投影光学系（ＰＬ）と、投影光学系（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）に垂直な平面（ＸＹ）内で移動可能なステージ（ＭＳＴ、ＰＳＴ）と、ステージ（ＭＳＴ、ＰＳＴ）の平面（ＸＹ）内における第１の方向（Ｘ）の位置を検出する位置検出装置（１０、２０）とを備えた露光装置において、位置検出装置（１０、２０）は、ステージ（ＭＳＴ、ＰＳＴ）に設けられた移動鏡（１７Ｘ）と、第１の方向（Ｘ）と光軸（ＡＸ）とを結ぶ線上、及び第１の方向（Ｘ）に交わる第２の方向（Ｙ）と光軸（ＡＸ）とを結ぶ線上の、投影光学系外側（ＰＫ）の少なくとも２つの位置にそれぞれ設けられた参照鏡（１９Ｂ、１９Ａ）と、移動鏡（１７Ｘ）及び参照鏡（１９Ｂ、１９Ａ）のそれぞれに対して光ビームを照射し、移動鏡（１７Ｘ）及び参照鏡（１９Ｂ、１９Ａ）のそれぞれから発生した光ビームの干渉光を検出する干渉計（１８）とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、一方の参照鏡を用いて第１の方向における基準位置を求めることができるとともに、もう一方の参照鏡の位置変化を干渉計で検出することにより、干渉計の検出結果に基づいて参照鏡を固定している部分（例えば鏡筒）の膨張量を求めることができる。
【００１３】
本発明の露光装置（ＥＸ）は、投影光学系（ＰＬ）と、被露光物体（Ｐ）を載置するとともに投影光学系（ＰＬ）の光軸（ＡＸ）に垂直な平面（ＸＹ）内で移動可能なステージ（ＰＳＴ）と、ステージ（ＰＳＴ）の平面（ＸＹ）内における第１の方向（Ｘ）の位置を検出する位置検出装置（２０）とを備えた露光装置において、位置検出装置（２０）は、ステージ（ＰＳＴ）に設けられた移動鏡と、所定の位置に設けられた参照鏡と、移動鏡及び参照鏡のそれぞれに対して光ビームを照射し、移動鏡及び参照鏡のそれぞれから発生した光ビームの干渉光を検出する干渉計（１８）とを備え、移動鏡（１７Ｘａ、１７Ｘｂ、２１）は、第１の方向（Ｘ）におけるステージ（ＰＳＴ）上の被露光物体（Ｐ）を挟んだ両側、又は前記ステージ裏面のほぼ中央位置に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によっても、膨張などに起因する位置計測誤差を低減あるいは補正することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の露光装置について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の露光装置の第１実施形態を示す概略構成図であり、図２は図１の概略斜視図である。
図１において、露光装置ＥＸは、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと、感光基板（被露光物体）Ｐを支持する基板ステージＰＳＴと、マスクＭを露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンを感光基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬとを備えている。ここで、本実施形態における露光装置ＥＸは所謂スリットスキャン型露光装置であり、以下の説明において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でマスクＭと感光基板Ｐとの同期移動方向をＸ軸方向（第１の方向）、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に垂直な方向をＹ軸方向（第２の方向）とする。
【００１６】
照明光学系ＩＬは、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明するものであり、露光光ＥＬ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、ｈ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１９３ｎｍ）およびＦ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ）などが用いられる。
【００１７】
マスクステージＭＳＴは、ベースプレート１上に設けられたコラム３の上段部３Ａにマスク定盤５を介して支持されている。マスク定盤５の中央部にはマスクＭのパターンの像を通過させる開口部が設けられている。マスクステージＭＳＴは非接触ベアリングであるエアベアリングによりマスク定盤５に対して浮上しており、不図示のアクチュエータにより投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な平面内、すなわちＸＹ平面内で移動可能となっている。
【００１８】
投影光学系ＰＬは、複数の光学素子（レンズ）により構成されており、これら光学素子を支持する鏡筒ＰＫを備えている。本実施形態における投影光学系ＰＬの倍率は縮小系であるが、等倍系及び拡大系のいずれでもよい。鏡筒ＰＫのＺ軸方向における略中央部にはフランジ部４が設けられており、投影光学系ＰＬの鏡筒ＰＫはフランジ部４を介してコラム３の中段部３Ｂに支持されている。ここで、フランジ部４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）により形成されている。また、コラム３もインバーにより形成されている。
【００１９】
基板ステージＰＳＴは、ベースプレート１上に設けられたステージ支持台２に、基板定盤６を介して支持されている。基板ステージＰＳＴは非接触ベアリングであるエアベアリングにより基板定盤６に対して浮上しており、不図示のアクチュエータにより投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な平面内、すなわちＸＹ平面内で移動可能となっている。更に、基板ステージＰＳＴはＺ軸方向にも移動可能に設けられており、基板ステージＰＳＴに支持されている感光基板ＰのＺ軸方向における位置は、投影光学系ＰＬの鏡筒ＰＫの一部に取り付けられた焦点位置検出系１１により検出される。焦点位置検出系１１は投光部１１Ａと受光部１１Ｂとを有しており、投光部１１Ａから感光基板Ｐに照射され、この感光基板Ｐで発生した反射光は受光部１１Ｂに検出される。受光部１１Ｂの検出信号は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴは受光部１１Ｂの検出結果に基づいて感光基板ＰのＺ軸方向における位置を求める。
【００２０】
マスクステージＭＳＴには、マスクステージＭＳＴのＸ軸方向（第１の方向）における位置を検出する位置検出装置１０が設けられている。このうち、位置検出装置１０は、図２に示すように、マスクステージＭＳＴ上の−Ｘ側縁にＹ軸方向に沿って延設され、反射面を−Ｘ側に向けられたＸ移動鏡７Ｘと、投影光学系ＰＬの外側である鏡筒ＰＫの外周面のうちＹ軸方向両側にそれぞれ設けられ、反射面を−Ｘ側に向けられた２つの参照鏡９Ａ，９Ｂと、Ｘ移動鏡７Ｘ及び参照鏡９Ａ，９Ｂのそれぞれに対してレーザビームを照射し、Ｘ移動鏡７Ｘ及び参照鏡９Ａ，９Ｂのそれぞれから発生した反射光の干渉光を検出するレーザ干渉計８とを備えている。ここで、参照鏡９Ａ，９Ｂのそれぞれは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを挟んで対向する２つの位置にそれぞれ設けられ、投影光学系ＰＬの鏡筒ＰＫに固定された構成となっている。レーザ干渉計８は、Ｘ移動鏡７Ｘの反射面及び投影光学系ＰＬの鏡筒ＰＫに固定された参照鏡９Ａ，９Ｂの反射面に向けてそれぞれレーザビームである測長ビームＷＳ及び参照ビームＷＲを照射する。ここで、測長ビームＷＳ及び参照ビームＷＲのそれぞれは互いに平行であり、Ｘ軸に対しても平行である。照射した測長ビームＷＳ及び参照ビームＷＲに基づくＸ移動鏡７Ｘ及び参照鏡９Ａ，９Ｂそれぞれからの反射光はレーザ干渉計８の受光部で受光され、レーザ干渉計８は参照ビームＷＲの光路長を基準とした測長ビームＷＳの光路長の変化量、ひいては、参照鏡９Ａ，９Ｂのそれぞれを基準としたＸ移動鏡７Ｘの位置（座標）を検出する。Ｘ移動鏡７Ｘの位置を検出することによりマスクステージＭＳＴのＸ軸方向における位置が所定の分解能でリアルタイムに検出される。なお、図２にはレーザ干渉計８が３つ示されているが、これはレーザビーム射出部を示しており、光源からのレーザビームがビームスプリッタにより分割されて射出される。
【００２１】
同様に、マスクステージＭＳＴ上の＋Ｙ側縁にＸ軸方向に沿って延設され、反射面を＋Ｙ側に向けられたＹ移動鏡７Ｙと、不図示であるが、投影光学系ＰＬの外側である鏡筒ＰＫの外周面のうちＸ軸方向両側にそれぞれ設けられ、反射面を＋Ｙ側に向けられた２つの参照鏡と、Ｙ移動鏡７Ｙ及び２つの参照鏡のそれぞれに対してレーザビームを照射し、Ｙ移動鏡７Ｙ及び参照鏡のそれぞれから発生した反射光の干渉光を検出するレーザ干渉計とが設けられており、マスクステージＭＳＴのＹ軸方向における位置が所定の分解能でリアルタイムに検出される。
【００２２】
基板ステージＰＳＴには、基板ステージＰＳＴのＸ軸方向（第１の方向）における位置を検出する位置検出装置２０が設けられている。このうち、位置検出装置２０は、図２に示すように、基板ステージＰＳＴ上の＋Ｘ側縁にＹ軸方向に沿って延設され、反射面を＋Ｘ側に向けられたＸ移動鏡１７Ｘと、投影光学系ＰＬの外側である鏡筒ＰＫの外周面のうちＹ軸方向両側にそれぞれ設けられ、反射面を＋Ｘ側に向けられた２つの参照鏡１９Ａ，１９Ｂと、Ｘ移動鏡１７Ｘ及び参照鏡１９Ａ，１９Ｂのそれぞれに対してレーザビームを照射し、Ｘ移動鏡１７Ｘ及び参照鏡１９Ａ，１９Ｂのそれぞれから発生した反射光の干渉光を検出するレーザ干渉計１８とを備えている。ここで、参照鏡１９Ａ，１９Ｂのそれぞれは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを挟んで対向する２つの位置にそれぞれ設けられ、投影光学系ＰＬの鏡筒ＰＫに固定された構成となっている。レーザ干渉計１８は、Ｘ移動鏡１７Ｘの反射面及び投影光学系ＰＬの鏡筒ＰＫに固定された参照鏡１９Ａ，１９Ｂの反射面に向けてそれぞれレーザビームである測長ビームＷＳ及び参照ビームＷＲを照射する。ここで、測長ビームＷＳ及び参照ビームＷＲのそれぞれは互いに平行であり、Ｘ軸に対しても平行である。照射した測長ビームＷＳ及び参照ビームＷＲに基づくＸ移動鏡１７Ｘ及び参照鏡１９Ａ，１９Ｂそれぞれからの反射光はレーザ干渉計１８の受光部で受光され、レーザ干渉計１８は参照ビームＷＲの光路長を基準とした測長ビームＷＳの光路長の変化量、ひいては、参照鏡１９Ａ，１９Ｂのそれぞれを基準としたＸ移動鏡１７Ｘの位置（座標）を検出する。Ｘ移動鏡１７Ｘの位置を検出することにより基板ステージＰＳＴのＸ軸方向における位置が所定の分解能でリアルタイムに検出される。なお、図２にはレーザ干渉計１８が３つ示されているが、これはレーザビーム射出部を示しており、光源からのレーザビームがビームスプリッタにより分割されて射出される。
【００２３】
同様に、基板ステージＰＳＴ上の−Ｙ側縁にＸ軸方向に沿って延設され、反射面を−Ｙ側に向けられたＹ移動鏡１７Ｙと、不図示であるが、投影光学系ＰＬの外側である鏡筒ＰＫの外周面のうちＸ軸方向両側にそれぞれ設けられ、反射面を−Ｙ側に向けられた２つの参照鏡と、Ｙ移動鏡１７Ｙ及び２つの参照鏡のそれぞれに対してレーザビームを照射し、Ｙ移動鏡１７Ｙ及び参照鏡のそれぞれから発生した反射光の干渉光を検出するレーザ干渉計とが設けられており、基板ステージＰＳＴのＹ軸方向における位置が所定の分解能でリアルタイムに検出可能である。
【００２４】
図３に示すように、投影光学系ＰＬの鏡筒ＰＫが、温度変化によって実線で示す状態から破線で示す状態ＰＫ’まで膨張した場合、基板ステージＰＳＴのＸ軸方向（第１の方向）における位置検出に用いられる参照鏡１９Ａ，１９Ｂは、投影光学系ＰＬの外側であって、線膨張の方向がＹ軸方向（第２の方向）となる部分に設けられた構成であるので、参照鏡１９Ａ，１９Ｂの反射面それぞれと、位置検出のための基準位置である投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとのＸ軸方向における相対位置は変化しない。したがって、レーザ干渉計１８は参照鏡１９Ａ，１９Ｂからの反射光に基づく基板ステージＰＳＴの位置検出を精度良く行うことができる。同様に、マスクステージＭＳＴのＸ軸方向（第１の方向）における位置検出に用いられる参照鏡９Ａ，９Ｂも、投影光学系ＰＬの外側であって、線膨張の方向がＹ軸方向（第２の方向）となる部分に設けられた構成であるので、参照鏡９Ａ，９Ｂの反射面それぞれと、位置検出のための基準位置である投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとのＸ軸方向における相対位置は変化しない。したがって、レーザ干渉計８は参照鏡９Ａ，９Ｂからの反射光に基づくマスクステージＭＳＴの位置検出を精度良く行うことができる。
【００２５】
マスクステージＭＳＴに設けられたレーザ干渉計、及び基板ステージＰＳＴに設けられたレーザ干渉計のそれぞれの位置検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴは、レーザ干渉計の位置検出結果に基づいてマスクＭと感光基板Ｐとの位置制御を行いつつ、照明光学系ＩＬよりマスクＭを露光光ＥＬで照明し、マスクＭのパターンを投影光学系ＰＬを介して感光基板Ｐに転写する。
【００２６】
以上説明したように、Ｘ軸方向における位置検出に用いる参照鏡１９Ａ，１９Ｂ（９Ａ，９Ｂ）を、線膨張の方向がＸ軸方向と交わるＹ軸方向となる部分に設けたので、温度変化によって参照鏡１９Ａ，１９Ｂを固定している鏡筒ＰＫが膨張あるいは収縮して参照鏡１９Ａ，１９Ｂの位置が移動しても、この移動方向はＹ軸方向となるので、参照鏡１９Ａ，１９Ｂと位置検出のための基準位置（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸのＸＹ平面内における位置）との相対位置は変化しない。したがって、レーザ干渉計１８は参照鏡１９Ａ，１９Ｂからの反射光に基づく基板ステージＰＳＴの位置検出を精度良く行うことができる。同様に、マスクステージＭＳＴの位置検出も精度良く行うことができる。したがって、精度良い露光処理を行うことができる。また、基準位置の線膨張による相対変化が無視できるため、鏡筒ＰＫの光軸の傾き変化やねじれなどの姿勢情報も、この参照鏡９Ａ、９Ｂ、１９Ａ、１９Ｂの位置検出から計算により検出することができ、補正が可能となる。
【００２７】
本実施形態では、参照鏡は投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを挟んで対向する２つの位置にそれぞれ設けられた構成であるが、いずれか１つだけであってもよい。一方、本実施形態のように、２つの参照鏡１９Ａ，１９Ｂを設け、参照鏡１９Ａに照射される参照ビームＷＲの光路長、及び参照鏡１９Ｂに照射される参照ビームＷＲの光路長のそれぞれを求め、例えば平均値を求めることにより、鏡筒ＰＫが線膨張を生じた際にも、前記求めた平均値と基準位置とのＸ軸方向における相対距離は大きく変動しないため、計測誤差を低減することができ、精度良い位置検出を行うことができる。
【００２８】
本実施形態では、Ｘ軸方向の位置検出を行うための参照鏡１９Ａ，１９ＢはＸ軸方向と直交する位置、すなわちＹ軸上に配置されている構成であるが、図４に示すように、参照鏡１９Ａ，１９Ｂの設置位置は、Ｙ軸に対してずれていてもよい。この場合、参照鏡１９Ａに照射される参照ビームＷＲの光路長、及び参照鏡１９Ｂに照射される参照ビームＷＲの光路長のそれぞれを求めて、例えば平均値を求めることにより、鏡筒ＰＫが線膨張を生じた際にも計測誤差を低減することができる。
【００２９】
Ｘ軸方向におけるステージ位置を検出する際、図５に示すように、２つの参照鏡１９Ａ、１９Ｂのうち、１つの参照鏡１９Ｂを鏡筒ＰＫの外周面のうちＹ軸方向における部分（Ｙ軸方向と光軸とを結ぶ線上の投影光学系ＰＬの外側）に取り付け、もう１つの参照鏡１９Ａを鏡筒ＰＫの外周面のうちＸ軸方向における部分（Ｘ軸方向と光軸とを結ぶ線上の投影光学系ＰＬの外側）に取り付けることにより、参照鏡１９Ｂを用いてＸ軸方向における基準位置を求めることができるとともに、参照鏡１９Ａの位置変化をレーザ干渉計１８で検出することにより、レーザ干渉計１８の検出結果に基づいて鏡筒ＰＫの膨張量を求めることができる。
【００３０】
上記実施形態において、移動鏡はステージ上の側縁に設けられた構成であるが、図６に示すように、移動鏡をステージのほぼ中心位置に設けることもできる。図６は、基板ステージＰＳＴを下方から見上げた図であって、基板ステージＰＳＴ下面の中央部に、反射面を＋Ｘ側に向けた移動鏡２１が設けられている。レーザ干渉計１８は、この移動鏡２１に測長ビームＷＳを照射して、移動鏡２１で発生した反射光を検出することによっても、基板ステージＰＳＴのＸ軸方向おける位置を検出することができる。なお、基板ステージＰＳＴの下面に移動鏡２１を設ける場合、図１に示した基板定盤６には、レーザ干渉計１８からの測長ビームＷＳを通過させるための例えば凹溝部が形成されている。
【００３１】
ステージが熱膨張した際にも、熱膨張によるステージの位置誤差（移動）は中心位置より側縁位置のほうが大きいので、移動鏡をステージのほぼ中心位置に設けることにより、熱膨張に起因する移動鏡の移動を最小限に抑えることができ、ステージ位置検出を精度良く行うことができる。
【００３２】
図７に示すように、基板ステージＰＳＴのＸ軸方向における２つの端部のそれぞれに、すなわち、基板ステージＰＳＴ上の感光基板Ｐを挟んだ両側のそれぞれに移動鏡１７Ｘを設けることができる。移動鏡１７Ｘａは基板ステージＰＳＴの＋Ｘ側縁に設けられており、移動鏡１７Ｘｂは基板ステージＰＳＴの−Ｘ側縁に設けられている。レーザ干渉計１８は、基板ステージＰＳＴの−Ｘ側に設けられており、移動鏡１７Ｘａは移動鏡１７Ｘｂより高く（Ｚ軸方向における距離を長く）形成されている。レーザ干渉計１８は、＋Ｘ側縁に設けられた移動鏡１７Ｘａと、−Ｘ側縁に設けられた移動鏡１７Ｘｂとのそれぞれに対して測長ビームＷＳを照射し、これら移動鏡１７Ｘａ，１７Ｘｂそれぞれで発生した反射光に基づいて、移動鏡１７Ｘａ，１７ＸｂそれぞれのＸ軸方向における位置を求め、これらの例えば平均値を求めることにより、基板ステージＰＳＴの中心位置における座標を求めることができる。
【００３３】
このように、移動鏡１７ＸをＸ軸方向における２つの端部のそれぞれに設けることにより、ステージが熱膨張を生じても、これら２つの移動鏡１７Ｘａ、１７Ｘｂの位置を検出することにより、この検出結果に基づいて基板ステージＰＳＴの熱膨張に起因する位置誤差を補正しつつ精度良い露光処理を行うことができる。同様に、基板ステージＰＳＴのＹ軸方向における２つの端部のそれぞれに移動鏡を設けることも可能であり、マスクステージＭＳＴのＸ軸方向及びＹ軸方向における２つの端部のそれぞれに移動鏡を設けることも可能である。
【００３４】
次に、本発明の露光装置の第２実施形態について図８を参照しながら説明する。ここで、以下の説明において、上述した第１実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。
図８に示すように、基板ステージＰＳＴのＸ軸方向（第１の方向）における位置を検出する位置検出装置２０は、基板ステージＰＳＴに設けられた移動鏡１７Ｘと、Ｘ軸方向において投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを挟んで対向する投影光学系ＰＬの外側の２つの位置にそれぞれ設けられた参照鏡２２Ａ，２２Ｂと、移動鏡１７Ｘ及び参照鏡２２Ａ，２２Ｂのそれぞれに対してレーザビームを照射し、移動鏡１７Ｘ及び参照鏡２２Ａ，２２Ｂのそれぞれから発生した反射光を干渉するレーザ干渉計１８とを備えている。参照鏡２２Ａは、投影光学系ＰＬの鏡筒ＰＫのうち−Ｘ側部分に固定されており、参照鏡２２Ｂは＋Ｘ側部分に固定されている。参照鏡２２Ａは参照鏡２２Ｂより下方（−Ｚ方向）に長く形成されており、レーザ干渉計１８は基板ステージＰＳＴの＋Ｘ側に設けられている。レーザ干渉計１８の受光部による検出信号は制御装置（算出装置）ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴは、２つの参照鏡２２Ａ，２２Ｂそれぞれの位置情報に基づいて、例えば鏡筒ＰＫの中心位置、すなわち、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸのＸＹ平面内における位置（基準位置）を求める。
【００３５】
以上説明したように、参照鏡を、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを挟んで対向する２つの位置にそれぞれ設けたことにより、温度変化によって参照鏡を固定している部分である鏡筒ＰＫが膨張し、これら参照鏡がＸ軸方向に移動しても、Ｘ軸方向における参照鏡２２Ａ，２２Ｂそれぞれの光軸ＡＸに対する移動量は略等しいので、これら２つの移動量に基づいて位置検出のための基準位置、すなわち投影光学系ＰＬの光軸ＡＸのＸＹ平面内における位置を求めることができる。そして、求めた基準位置に基づいて、レーザ干渉計１８は基板ステージＰＳＴの位置検出を精度良く行うことができる。
【００３６】
更に、図９に示すように、レーザ干渉計１８により参照鏡２２Ａ，２２Ｂそれぞれの位置変化量ΔＸを検出することにより、この検出結果に基づいて制御装置ＣＯＮＴは鏡筒ＰＫの膨張量を求めることができる。そして、求めた鏡筒ＰＫの膨張量に基づいて、この鏡筒ＰＫに取り付けられている焦点位置検出系１１の位置を補正することができる。
【００３７】
また、図１０に示すように、鏡筒ＰＫにアライメント系ＡＬが取り付けられている場合であっても、鏡筒ＰＫの膨張量を検出することによって、鏡筒ＰＫに取り付けられているアライメント系ＡＬの鏡筒ＰＫの線膨張に起因する検出誤差を補正することができる。
【００３８】
なお、上記第１，第２実施形態のそれぞれにおいて、図１１に示すように、レーザ干渉計の受光部を例えば３つとし、Ｙ軸方向に２つ、及びＺ軸方向に２つ並ぶように配置し、これら３つの受光部で参照鏡からの反射光を受光することにより、参照鏡を固定している鏡筒ＰＫのθＺ方向（Ｚ軸回り）における回転量、及びθＹ方向（Ｙ軸回り）における回転量を検出することができる。すなわち、３つの受光部のうち、Ｙ軸方向に２つ並んだ受光部３０Ａ，３０Ｂを用い、例えば参照鏡からの反射光が受光部３０Ａで受光されていたものが、受光部３０Ｂで受光されるようになった場合、参照鏡を固定している鏡筒ＰＫはθＺ方向に回転移動している。一方、Ｚ軸方向に２つ並んだ受光部３０Ｂ，３０Ｃを用い、例えば参照鏡からの反射光が受光部３０Ｂで受光されていたものが、受光部３０Ｃで受光されるようになった場合、参照鏡を固定している鏡筒ＰＫはθＹ方向に回転移動している。レーザ干渉計は、これら複数の受光部３０Ａ〜３０Ｃのうちいずれの受光部で参照鏡からの反射光を受光したかに応じて、鏡筒ＰＫの回転量を求めることができる。
【００３９】
なお、上記各実施形態において、参照鏡は投影光学系ＰＬの鏡筒ＰＫに固定されているように説明したが、例えばコラム３等、鏡筒ＰＫ以外の部分に取り付けられてもよい。すなわち、参照鏡が例えばＸ軸方向における位置検出に用いられる場合、この参照鏡は、投影光学系ＰＬの外側の部材・装置であって、線膨張の方向がＹ軸方向となる部分に設けられればよい。
【００４０】
なお、上記各実施形態の露光装置ＥＸとしては、マスクＭと感光基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを露光する走査型の露光装置にも適用することができるし、マスクＭと感光基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを露光し、感光基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置にも適用することができる。
【００４１】
露光装置ＥＸの用途としては半導体製造用の露光装置や、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置に限定されることなく、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適当できる。
【００４２】
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、Ｆ_２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（マスク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いい。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。
【００４３】
基板ステージＰＳＴやマスクステージＰＳＭＳＴにリニアモータを用いる場合は、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いい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。
【００４４】
ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。
【００４５】
基板ステージＰＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【００４６】
マスクステージＭＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【００４７】
以上のように、本実施形態の露光装置ＥＸ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。
【００４８】
半導体デバイスは、図１２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、デバイスの基材である基板（ウエハ、ガラスプレート）を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置によりマスクＭのパターンを感光基板Ｐに露光する基板処理ステップ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。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、ステージの第１の方向における位置検出を干渉計を用いて行う際、参照鏡の取り付け位置を、線膨張の方向が、投影光学系の光軸に垂直な平面内で第１の方向と交わる第２の方向となる部分に設定したので、温度変化によって参照鏡を取り付けている部分が移動しても、この移動方向は第２の方向となるので、参照鏡と位置検出のための基準位置との相対位置を大きく変化させることがない。したがって、レーザ干渉計は参照鏡からの反射光を用いてステージの位置検出を精度良く行うことができ、ひいては精度良い露光処理を行うことができる。
【００５０】
また、第１の方向において投影光学系の光軸を挟んで対向する２つの位置にそれぞれ参照鏡を設ける構成とすることにより、温度変化によって参照鏡が取り付けられている部分が移動しても、参照鏡それぞれの光軸に対する移動量は略等しいので、これら２つの移動量に基づいて位置検出のための基準位置、すなわち光軸位置を求めることができる。したがって、求めた基準位置に基づいて、干渉計はステージの位置検出を精度良く行うことができるので、露光装置は精度良い露光処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光装置の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の概略斜視図である。
【図３】参照鏡を固定している鏡筒をＺ軸方向から見た図である。
【図４】図３の変形例を示す図である。
【図５】参照鏡の配置の他の例を示す図である。
【図６】移動鏡の配置の他の例を示す図であって、基板ステージを下方から見上げた図である。
【図７】移動鏡の配置の他の例を示す図である。
【図８】本発明の露光装置の第２実施形態を示す概略図である。
【図９】鏡筒の膨張により焦点位置検出系の位置が移動する様子を示す図である。
【図１０】鏡筒の膨張によりアライメント系の位置が移動する様子を示す図である。
【図１１】レーザ干渉計の受光部の一例を示す図である。
【図１２】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１３】従来の露光装置の一例を示す図である。
【図１４】図１３の鏡筒部分をＺ軸方向から見た図である。
【符号の説明】
７Ｘ、１７Ｘ、２１Ｘ移動鏡（移動鏡）
８、１８レーザ干渉計（干渉計）
９Ａ、９Ｂ、１９Ａ、１９Ｂ参照鏡
１０（マスク側）位置検出装置
２０（基板側）位置検出装置
ＡＸ光軸
ＣＯＮＴ制御装置
ＭＳＴマスクステージ（ステージ）
Ｐ感光基板（被露光物体）
ＰＫ鏡筒
ＰＬ投影光学系
ＰＳＴ基板ステージ（ステージ）

Claims

投影光学系と、被露光物体を載置するとともに前記投影光学系の光軸に垂直な平面内で移動可能なステージと、前記ステージの前記平面内における第１の方向の位置を検出する位置検出装置とを備えた露光装置において、
前記位置検出装置は、前記ステージに設けられた移動鏡と、
前記投影光学系の外側であって、線膨張の方向が前記平面内で前記第１の方向と交わる第２の方向となる部分に設けられた参照鏡と、
前記移動鏡及び前記参照鏡のそれぞれに対して光ビームを照射し、前記移動鏡及び前記参照鏡のそれぞれから発生した光ビームの干渉光を検出する干渉計とを備えることを特徴とする露光装置。
前記第１の方向と前記第２の方向とは直交することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記参照鏡は、前記光軸を挟んで対向する２つの位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
前記参照鏡は前記投影光学系の鏡筒に固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の露光装置。
前記移動鏡は、前記第１の方向における前記ステージ上の前記被露光物体を挟んだ両側のそれぞれに設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の露光装置。
前記移動鏡は、前記ステージ裏側のほぼ中心位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の露光装置。
投影光学系と、前記投影光学系の光軸に垂直な平面内で移動可能なステージと、前記ステージの前記平面内における第１の方向の位置を検出する位置検出装置とを備えた露光装置において、
前記位置検出装置は、前記ステージに設けられた移動鏡と、
前記第１の方向において前記光軸を挟んで対向する前記投影光学系外側の少なくとも２つの位置にそれぞれ設けられた参照鏡と、
前記移動鏡及び前記参照鏡のそれぞれに対して光ビームを照射し、前記移動鏡及び前記参照鏡のそれぞれから発生した光ビームの干渉光を検出する干渉計とを備えることを特徴とする露光装置。
前記少なくとも２つの参照鏡のそれぞれから発生した光ビームを用いて、所定の基準位置を求める算出装置を備えることを特徴とする請求項７記載の露光装置。
投影光学系と、前記投影光学系の光軸に垂直な平面内で移動可能なステージと、前記ステージの前記平面内における第１の方向の位置を検出する位置検出装置とを備えた露光装置において、
前記位置検出装置は、前記ステージに設けられた移動鏡と、
前記第１の方向と前記光軸とを結ぶ線上、及び前記第１の方向に交わる第２の方向と前記光軸とを結ぶ線上の、前記投影光学系外側の少なくとも２つの位置にそれぞれ設けられた参照鏡と、
前記移動鏡及び前記参照鏡のそれぞれに対して光ビームを照射し、前記移動鏡及び前記参照鏡のそれぞれから発生した光ビームの干渉光を検出する干渉計とを備えることを特徴とする露光装置。
投影光学系と、被露光物体を載置するとともに前記投影光学系の光軸に垂直な平面内で移動可能なステージと、前記ステージの前記平面内における第１の方向の位置を検出する位置検出装置とを備えた露光装置において、
前記位置検出装置は、前記ステージに設けられた移動鏡と、所定の位置に設けられた参照鏡と、前記移動鏡及び前記参照鏡のそれぞれに対して光ビームを照射し、前記移動鏡及び前記参照鏡のそれぞれから発生した光ビームの干渉光を検出する干渉計とを備え、
前記移動鏡は、前記第１の方向における前記ステージ上の前記被露光物体を挟んだ両側、又は前記ステージ裏面のほぼ中央位置に設けられていることを特徴とする露光装置。