JP2004200218A - 支持装置及びステージ装置並びに露光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】定盤に歪を生じさせることなく推力を付与し、また省スペース化に寄与する。
【解決手段】気体により物体6を第1方向に駆動する気体室30と、電磁力により物体6を第1方向に駆動する駆動装置31とを有する。気体室30は、物体6を支持して第1方向に移動自在な第1移動部63と、駆動装置31により第1移動部63と対向状態で一体的に移動する第2移動部65とを有する。
【選択図】 図2
【解決手段】気体により物体6を第1方向に駆動する気体室30と、電磁力により物体6を第1方向に駆動する駆動装置31とを有する。気体室30は、物体6を支持して第1方向に移動自在な第1移動部63と、駆動装置31により第1移動部63と対向状態で一体的に移動する第2移動部65とを有する。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体室で物体を支持するとともに、駆動装置で物体を駆動する支持装置、及びこの支持装置を有するステージ装置並びに半導体集積回路や液晶ディスプレイ等の製造に用いられ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8−166043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、上記レチクルステージ、ウエハステージおよび投影光学系を支持し、且つこれらに伝わる振動を制振するための支持装置として、内圧が制御可能なエアマウントやボイスコイルモータ等のアクチュエータ(推力付与装置)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の推力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。
【0005】
この種の支持装置の構成例としては、例えば特許文献1に開示されているように、リニアモータとエアシリンダとを同軸上に配置した構成や、特許文献2に開示されているように、ボイスコイルモータ等のアクチュエータの推力中心線とマウント部の作用線とを一致させつつ並列に配置する構成等が提供されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平7−111238号公報
【特許文献2】
特開平9−236150号公報
【0007】
【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技術には、以下のような問題が存在する。特許文献1に開示されている構成では、リニアモータを駆動する際にエアシリンダを構成するトラック型シリンダが可動子とともに移動するため、リニアモータの駆動推力が増加してしまい熱的に不利である。また、特許文献2に開示されている構成例では、アクチュエータとマウント部とが機能的には並列に配置されているものの、スペース的には直列に配置されており、さらにアクチュエータの駆動ストローク分のスペースも別途確保する必要があるため、定盤下の限られたスペースに収めることが困難である。また、特許文献2の構成では、狭いスペースにアクチュエータとマウント部を配置する関係上、マウント部を支持するフレームや、アクチュエータが定盤を駆動する際に推力を伝達するフレームに十分な剛性を確保することも困難である。
【0008】
そこで、配置スペースに起因する問題を回避するために、図9に示すように、マウント部とアクチュエータとをスペース的にも並列に配置した構成も採用されている。この構成は、定盤JとベースプレートBPとの間にエアマウントAMを配置し、定盤Jから側方に延出して設けられた支持部JSとベースプレートBPとの間にリニアアクチュエータLAを配置して、これらをスペース的にも並列とすることで、定盤JとベースプレートBPとの間のスペースが大きくなることを防止している。
【0009】
ところが、定盤上を移動するステージの重量や速度、加速度が増大するにつれて、移動に伴う偏荷重をアクチュエータやエアマウントで完全にキャンセルすることが困難になっている。特に、通常では偏荷重の大部分をエアマウントで負担する構成としているが、アクチュエータによる駆動に比べてエアマウント駆動時の応答性能が低いため、アクチュエータの推力が発生するタイミングとエアマウントが推力を発生するタイミングに時間のずれが生じてしまう。図8のように、アクチュエータとエアマウントとが異なる箇所で定盤に推力を付与している場合に、推力発生のタイミングがずれると定盤に歪を生じさせるという問題があった。
【0010】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、省スペース化に寄与し定盤に歪を生じさせることなく推力付与が可能な支持装置及びステージ装置並びに露光装置を提供することを目的とする。
【0011】
【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。
本発明の支持装置は、所定圧力の気体が充填され、気体により物体(6)を第1方向(Z)に駆動する気体室(30)と、電磁力により物体(6)を第1方向(Z)に駆動する駆動装置(31)とを有する支持装置(29)であって、気体室(30)は、物体(6)を支持して第1方向(Z)に移動自在な第1移動部(63)と、駆動装置(31)により第1移動部(63)と対向状態で一体的に移動する第2移動部(65)とを有することを特徴とするものである。
【0012】
従って、本発明の支持装置では、気体室(30)により物体(6)を第1方向(Z)に駆動する際には第1移動部(63)を移動させることで実現し、駆動装置(31)により物体(6)を第1方向(Z)に駆動する際には第2移動部(65)を移動させることで第1移動部(63)が一体的に移動することで実現する。すなわち、気体室(30)及び駆動装置(31)による物体(6)の第1方向(Z)への駆動は、いずれも第1移動部(63)の移動により行われるため、気体室(30)及び駆動装置(31)の推力発生タイミングに時間的なずれが生じていても、物体(6)に歪を生じさせることを防止できる。また、この支持装置では、駆動装置(31)の駆動ストローク分のスペースを別途確保する必要もなくなるため、省スペース化も図ることが可能になる。そして、駆動装置(31)の駆動により移動するのは気体室全体ではなく、第1移動部(63)及び第2移動部(65)なので熱の発生も抑制することができる。
【0013】
また、本発明のステージ装置は、定盤上をステージ本体が移動するステージ装置であって、定盤が請求項1から5のいずれか一項に記載の支持装置により支持されることを特徴とするものである。
【0014】
従って、本発明のステージ装置では、ステージ本体(5)の移動に伴って偏荷重が生じた場合でも、定盤下の省スペース化及び発熱の抑制を図りつつ、定盤(6)に歪を生じさせることなく偏荷重をキャンセルするように定盤(6)を駆動することが可能になる。
【0015】
そして、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)に保持された感光基板(W)に投影光学系(PL)により露光する露光装置(1)において、マスクステージ(2)と、投影光学系(PL)と、基板ステージ(5)との少なくとも一つが、請求項1から5のいずれか一項に記載の支持装置(29)により支持されることを特徴とするものである。
【0016】
従って、本発明の露光装置では、マスクステージ(2)や基板ステージ(5)の移動により偏荷重が生じた場合でも、省スペース化及び発熱の抑制を図りつつ、各ステージ(5)又は投影光学系(PL)を支持する定盤(6)に歪を生じさせることなく偏荷重をキャンセルするように定盤(6)を駆動することが可能になる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の支持装置及びステージ装置並びに露光装置の実施の形態を、図1ないし図7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し、また本発明の支持装置をウエハステージの定盤を支持する防振ユニットに適用するものとする。
【0018】
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と、レチクルRを保持して移動するレチクルステージ(マスクステージ)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と、レチクルRから射出される照明光をウエハ(基板、感光基板)W上に投影する投影光学系PLと、ウエハWを保持して移動するウエハステージ(基板ステージ、ステージ本体)5および該ウエハステージ5を支持する物体としてのウエハ定盤6を含むステージ装置7と、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。
【0019】
ステージ装置7は、図1から明らかなように、ステージ装置4と投影光学系PLとから分離してベースプレート10上に設けられており、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(定盤)6、ウエハステージ5と一体的に設けられウエハWを吸着保持する試料台ST、これらウエハステージ5および試料台STを相対移動自在に支持するXガイドバーXG、ウエハ定盤6を下方から支持する防振ユニット(支持装置)29を主体に構成されている。
【0020】
防振ユニット29は、ベースプレート10の上方に、三角形の頂点をなす3ヶ所(図1では2つのみ図示)に配置されている。図2に、防振ユニットの概略構成を示す。防振ユニット29は、所定圧力のエア(気体)が充填され、このエアによりウエハ定盤6を支持するエアマウント(気体室)30と、当該エアマウント30の下方に配設されたボイスコイルモータ(駆動装置)31とを主体に構成されている。
【0021】
エアマウント30は、筒状のマウント本体61、マウント本体61にダイヤフラム62を介して支持された可動子(第1移動部)63及びマウント本体61にダイヤフラム64を介して支持された可動子(第2移動部)65、可動子63、65間に介装されたステンレス製の軸体(軸状体)66、内部空間のエア圧を検出する圧力センサ67、内部空間を加圧・減圧するエア圧調整装置68に接続され、その加圧・減圧を切り替えるサーボバルブ69と、圧力センサ67の検出結果に基づいてサーボバルブ69を制御する圧力制御装置70とから概略構成される。
【0022】
マウント本体61は、ベースプレート10上に設けられた筒状の支持部材71上に設置されており、天部に可動子63が配設され、底部に可動子65が配設されている。可動子63は、ウエハ定盤6を支持する支持面63aを有し、当該支持面63aと直交するZ方向(第1方向)に移動自在とされている。可動子65は、ボイスコイルモータ31に支持されており、Z方向に移動自在に、且つ可動子63と対向状態で配置されている。そして、これら可動子63、65は、軸体66に取付ネジ等の締結部材72、73により締結固定されることで、Z方向に一体的に移動する構成となっている。また、内部空間のエアによる可動子63の受圧面積は、エアによる可動子65の受圧面積よりも(内部空間に露出する面積が可動子65よりも可動子63の方が)大きく設定されている。
【0023】
なお、エアにより可動子63が駆動される推力は、エアによる可動子63の受圧面積にダイヤフラム62の受圧面積を加えたものに比例するが、ここではエアによるこれら可動子63及びダイヤフラム62の総受圧面積を可動子63の受圧面積と称して説明する。同様に、ここでは、エアによる可動子65及びダイヤフラム64の総受圧面積を可動子65の受圧面積と称して説明する。
【0024】
ボイスコイルモータ31は、電磁力によりウエハ定盤6をZ方向に駆動するものであって、支持部材71の内部空間に封止状態で設置されており、ベースプレート10に突設された固定子74と、固定子74に対してZ方向に移動する可動子75とから構成されている。ボイスコイルモータ31の可動子75と、エアマウント30の可動子65との間には、ベークライト等で構成された断熱材76が介装されている。ボイスコイルモータ31の駆動はモータ制御装置78により制御され、このモータ制御装置78及びエアマウント30の圧力制御装置70は、主制御装置80(図4参照)により統括制御される。
【0025】
図1に戻り、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28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。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参照鏡、レーザ干渉計40(図4参照)および移動鏡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40、44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40、44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。
【0026】
XガイドバーXGは、X方向に沿った長尺形状を呈しており、その長さ方向両端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いる。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は、ベースプレート10に突設されたサイド定盤32、32上にエアパッド54を介して設けられている。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、33が構成されており、可動子36が固定子37との間の電磁気的相互作用により駆動されることで、XガイドバーXGはY方向に移動するとともに、リニアモータ33、33の駆動を調整することでθZ方向に回転移動する。すなわち、このリニアモータ33によってXガイドバーXGとほぼ一体的にウエハステージ5(および試料台ST、以下単にウエハステージ5と称する)がY方向およびθZ方向に駆動されるようになっている。なお、ウエハステージ5は、Y方向の移動にはガイド部材を有さないガイドレスステージとなっているが、ウエハステージ5のX方向の移動に関しても適宜ガイドレスステージとすることができる。
【0027】
また、ウエハステージ5は、XガイドバーXGとの間にZ方向に所定量のギャップを維持する磁石およびアクチュエータからなる磁気ガイドを介して、XガイドバーXGにX方向に相対移動自在に非接触で支持・保持されている。そして、ウエハステージ5は、XガイドバーXGに埋設された固定子を有するXリニアモータ35による電磁気的相互作用によりX方向に駆動される。なお、Xリニアモータの可動子は図示していないが、ウエハステージ5に取り付けられている。
【0028】
上述のように、固定子37、37は、ウエハ定盤6のX方向両側にウエハ定盤6とは(振動的に)独立して設けられたサイド定盤32、32上に、Y方向へのガイド機構を有するエアパッド54を介してそれぞれY方向に移動自在にそれぞれ浮揚支持されている。このため、運動量保存の法則により、ウエハステージ5の例えば+Y方向の移動に応じて、固定子37は−Y方向に移動する。換言すると、固定子37は、カウンタマスとして機能しており、そ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。
【0029】
なお、図1に示すように、XガイドバーXGの−X方向側には、ボイスコイルモータで構成されるXトリムモータ34の可動子34aが取り付けられている。Xトリムモータ34は、XガイドバーXGとリアクションフレーム8との間に介装されており、その固定子34bはリアクションフレーム8に設けられている。このため、ウエハステージ5をX方向に駆動する際の反力は、Xトリムモータ34によりリアクションフレーム8に伝達され、さらにリアクションフレーム8を介してベースプレート10に伝達されることで、ウエハ定盤6に振動が伝わることを防げる。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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(Gは重力加速度)レベルで絶縁されるようになっている。
【0034】
次に、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)。
【0035】
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。
【0036】
レチクルステージ2について詳述すると、図3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。
【0037】
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。なお、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し、前述の運動量保存の法則を用いた反力処理を実施してもよい。
【0038】
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。
【0039】
レチクル微動ステージ18には、バキュームチャック18a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55a〜55c(図4参照)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軸回りの回転)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18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。
【0040】
図1に戻り、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。
【0041】
投影光学系PLのフランジ23には、異なる3カ所に3つのレーザ干渉計45が、ウエハ定盤6とのZ方向の相対位置を検出するための検出装置として固定されている(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方向のレーザビーム(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。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23を基準としてそれぞれ計測される(図1においては、測長ビームがウエハステージ5の手前を通過する状態を示している)。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。
【0042】
また、上記レチクル定盤3、ウエハ定盤6、鏡筒定盤25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)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)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77(図4参照)と称する)。そして、これらの振動センサ群77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、θZ)の振動をそれぞれ求めることができる。
【0043】
図4に露光装置1の制御系を示す。この図に示すように、振動センサ群77、レチクル用レーザ干渉計55a〜55c及びウエハ用レーザ干渉計40、44、45の各種計測装置の計測結果は主制御装置80に出力される。そして、主制御装置80は、これら計測装置の計測結果に基づいて各種演算処理を行い、その結果に基づきレチクル駆動用リニアモータ15、17X、17Y、ウエハ駆動用リニアモータ33、35、ウエハ駆動用トリムモータ34、防振ユニット11、24、圧力制御装置及70びモータ制御装置78(防振ユニット29)等を統括的に制御する。
【0044】
続いて上記構成の露光装置1の中、防振ユニット29の動作についてまず説明する。
防振ユニット29の中、エアマウント30がウエハ定盤6を駆動する際には、圧力制御装置70が圧力センサ67の検出結果をモニタしながらサーボバルブ69を制御して、例えばエア供給側に切り替えると、エア圧調整装置68から所定圧力(例えば10kPa)のエアがサーボバルブ69を介してエアマウント30(マウント本体61)の内部空間に充填される。
【0045】
内部空間に充填されたエアの圧力は、可動子63、65にそれぞれ作用する。具体的には、エアの圧力は可動子63を+Z方向に移動させる力として作用するとともに、可動子65を−Z方向に移動させる力として作用する。ここで、エアの圧力をP、エアによる可動子63の受圧面積をA63、エアによる可動子65の受圧面積をA65とすると、可動子63にはP×A63の力が加わり、可動子65にはP×A65の力が逆方向に加わることになる。本実施の形態ではA63>A65であり、また可動子63、65が軸体66を介して一体的に固定されているため、これら可動子63、65、軸体66から構成される移動体(ピストン)には、P×(A63−A65)の力が+Z方向に加わる。換言すると、エアマウント30によりウエハ定盤6をP×(A63−A65)の力で+Z方向に駆動することができる。
【0046】
逆に、圧力制御装置70がサーボバルブ69を制御して、エア排気側に切り替えると、エアマウント30内のエアが排出され内部空間の圧力が低下する(減圧される)。低下した圧力は、上記移動体にP×(A63−A65)の力で−Z方向に作用するため、結果として、ウエハ定盤6をP×(A63−A65)の力で−Z方向に駆動することができる。
【0047】
また、ボイスコイルモータ31がウエハ定盤6を駆動する際には、モータ制御装置78の制御により可動子75がZ方向に移動することで、断熱材76、可動子65、軸体66及び可動子63を介してウエハ定盤6に推力を付与する。このとき、可動子63、65は、可撓性を有するダイヤフラム62、64で支持されているため支障なくZ方向に移動することができる。また、ボイスコイルモータ31の可動子75の移動に際しても、エアマウント30の可動子63、65及び軸体66が一体的に固定されているため、エアマウント30の内部空間の容積、すなわちエアの圧力は変わらず、従って、エアマウント30によるウエハ定盤6への推力に影響を及ぼすことはない。
【0048】
また、ボイスコイルモータ31を駆動した際には熱が生じるが、断熱材76によりボイスコイルモータ31から可動子65への伝熱を遮断することができるため、熱変動によるエア圧の変動、すなわち、ウエハ定盤6に対する駆動力の変動を防止することができる。さらに、ボイスコイルモータ31で生じた熱は、支持部材71内に封止されるため、防振ユニット29からの発熱としては小さく抑えることができる。更に、本実施の形態では、前述した図2の構成により、エアマウント30によるZ方向への移動ストロークと、ボイスコイルモータ31によるZ方向への移動ストロークとを共有(共用)させているので、Z方向のスペースを省スペースにすることができる。
【0049】
なお、ボイスコイルモータ31の推力は、軸体66に対して圧縮荷重または引張荷重として作用するため、軸体66の形状・断面積は、ウエハ定盤6に付与する推力に対しても剛性を確保できるようにすることが好ましい。また、エアマウント30の空気バネとしての剛性Kは、γ;ポリトロピック指数、A;空気バネ有効受圧面積、P;圧力、V;空気バネ容積としたときに、次式で求めることができる。
K=γ×A2×P/V …(1)
このときの空気バネ有効受圧面積Aは、可動子63の受圧面積A63と可動子65の受圧面積A65との差になるため、式(1)は次式で表される。
K=γ×(A63−A65)2×P/V …(2)
【0050】
可動子63、65は、エアマウント30の内部空間に臨む面の中、軸体66と接触している面にはエアの圧力が加わらないことを考慮して、軸体66に対しては十分な剛性が得られる断面積を設定するとともに、可動子63、65に対しては軸体66に当接しない範囲に上記式(2)の剛性が得られる受圧面積を確保することが好ましい。また、エアマウント30の内部空間のエア圧を可動子63に対してのみ作用させるべく、可動子65の受圧面積をゼロとするように、ダイヤフラム64を含めて可動子65が内部空間に臨む領域を全て軸体66と当接させることが好ましい。この場合、エアマウント30内の圧力がそのまま可動子63による駆動推力となり、ウエハ定盤6を駆動する際の応答性、及び駆動効率を向上させることが可能になる。
【0051】
次に、上記の防振ユニット29でウエハ定盤6が支持されたステージ装置7の動作について説明する。
リニアモータ33、35の駆動によりウエハステージ5が移動した際には、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カウンターフォースを防振ユニット29に対してフィードフォワードで与え、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を駆動する。また、ウエハステージ5とウエハ定盤6との摩擦が零でない等の理由で、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、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。
【0052】
具体的には、ウエハステージ5の移動により防振ユニット29の負担すべき重量が増えたときには、エアマウント30においては、上述したように、圧力制御装置70が圧力センサ67の検出結果をモニタしながらサーボバルブ69を切り替える。これにより、エア圧調整装置68から所定圧力のエアが内部空間に充填され、可動子63を介してウエハ定盤6を支持する際の支持力を増すことができる。また、エアマウント30の支持力で不足する重量増加についてはモータ制御装置78がボイスコイルモータ31を駆動し、可動子75(及び可動子63)を介してウエハ定盤6に推力を付与することで、不足する支持力を負担することになる。また、ウエハ定盤6の残留振動に関しては、振動センサ群77の検出結果に基づいて、主制御装置80が圧力制御装置70を介して、重心変化時と同様にエアマウント30及びボイスコイルモータ31を駆動することで残留振動をアクティブに制振し、ベースプレート10を介してウエハ定盤6に伝わる微振動をマイクロG(Gは重力加速度)レベルで絶縁することができる。
【0053】
続いて、露光装置1における露光動作について説明する。
ここでは、予め、ウエハW上のショット領域を適正露光量(目標露光量)で走査露光するための各種の露光条件が設定されているものとする。そして、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。
【0054】
このようにして、ウエハWの露光のための準備動作が完了すると、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33、35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、照明光学系IUからの露光用照明光により、レチクルR上の所定の矩形状の照明領域が均一な照度で照明される。この照明領域に対してレチクルRがY方向に走査されるのに同期して、この照明領域と投影光学系PLに関して共役な露光領域に対してウエハWを走査する。
【0055】
そして、レチクルRのパターン領域を透過した照明光が投影光学系PLにより1/5倍あるいは1/4倍に縮小され、レジストが塗布されたウエハW上に照射される。そして、ウエハW上の露光領域には、レチクルRのパターンが逐次転写され、1回の走査でレチクルR上のパターン領域の全面がウエハW上のショット領域に転写される。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が同期制御される。
【0056】
レチクルステージ2の走査方向の加減速時の反力は、固定子20の移動により吸収され、ステージ装置4における重心の位置がY方向において実質的に固定される。また、レチクルステージ2と固定子20とレチクル定盤3との3者間の摩擦が零でなかったり、レチクルステージ2と固定子20との移動方向が僅かに異なる等の理由で、レチクル定盤3の6自由度方向の微少な振動が残留した場合には、上記残留振動を除去すべく、エアマウント12およびボイスコイルモータ13をフィードバック制御する。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の移動による微振動が発生しても、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。
【0057】
以上のように、本実施の形態では、エアマウント30及びボイスコイルモータ31によるウエハ定盤6の駆動を、いずれも可動子63を介して同軸で行うため、両者で推力発生のタイミングにずれが生じた場合でもウエハ定盤6に歪を生じさせてしまうことを防止できる。また、このように、いずれの駆動も可動子63を介することで、ボイスコイルモータ31の駆動ストローク分のスペースを別途確保する必要もなくなり、エアマウント30とボイスコイルモータ31とをZ方向に直列に配置した場合でも定盤下の省スペース化を実現できるとともに、限られたスペースに互いの駆動に干渉しないためのフレームを設ける必要がなくなり、可動子63、65及び軸体66に十分な剛性を確保することが可能である。
【0058】
しかも本実施の形態では、ボイスコイルモータ31の駆動で移動するのは可動子63、65及び軸体66であり、マウント本体61は移動しないので、無駄な推力を発生させる必要がなく、従って、熱の発生を抑制することも可能となっており、空気ゆらぎ等、熱に起因する露光精度の低下も抑制することができる。さらに、本実施の形態では、可動子65とボイスコイルモータ31との間に断熱材76を介在させることで、ボイスコイルモータ31の駆動により生じる熱の悪影響を抑制することも可能である。
【0059】
なお、上記実施の形態では、可動子63、65の間に介装される軸状体として円柱状の軸体66を設ける構成としたが、これに限られるものではなく、例えば角柱状や筒状の部材を設ける構成としてもよい。また、柱状以外にも、図5に示すように、可動子63との当接部を起点として可動子65に向かうに従って漸次拡径するテーパ形状(円錐台状や角錐台状)の軸体66’を用いる構成としてもよい。この場合、例えば可動子63との当接部における大きさを図2に示す軸体66と同一にしたときには、エアにより可動子63、65に加わる力は同じであるが軸体66’の強度(剛性)を上げることができる。逆に、可動子65との当接部における大きさを軸体66と同一にしたときには、エアにより可動子63に加わる力を大きくすることが可能になる。
【0060】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。図8は、上記実施の形態の変形例を示す図であり、図2の構成と対応する部材には同じ符号を付けている。
図8の防振ユニット29では、図2に示した軸体66を省略して、円筒状の可動子65を直接可動子63と接続することにより、Z方向をより省スペースにしている。また、円筒状の可動子65を直接可動子63に接続することにより、剛性も向上させている。なお、本変形例では、図2のマウント本体61を2つの部分61a、61bに分割するとともに、筒状の支持部材71を省略している。しかしながら、軸体66を省略することを除いては、図2の防振ユニット29と図8の防振ユニット29とを適宜組み合わせることができるのはいうまでもない。
【0061】
また、上記実施の形態では、ステージ装置7においてウエハステージ5を一基設ける構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば図6に示すように、固定子37、37を共用するリニアモータ33a、33bによりそれぞれY方向に移動するXガイドバーXG1、XG2を設けるとともに、ウエハ(基板、感光基板)W1、W2を保持してXガイドバーXG1、XG2に沿って互いに独立してウエハ定盤6上をX方向に移動するウエハステージ(基板ステージ、ステージ本体)5a、5bを設ける構成としてもよい。この構成では、一方のウエハステージ(例えば5a)側でウエハ交換とアライメント動作を実行する間に、他方のウエハステージ(例えば5b)側で露光動作を実行することとし、両方の動作が終了した時点でお互いの動作を切り換えるようにすることで、スループットを大幅に向上させることが可能になる。このようなダブルステージ構成のステージ装置7においても、ウエハ定盤6を上記の防振ユニット29で支持することにより、定盤下の省スペース化を実現しつつ、ウエハ定盤6に歪を生じさせずにウエハステージ5a、5bの移動による偏荷重をキャンセルすることができる。
【0062】
また、上記実施の形態では、ウエハ定盤6を介してウエハステージ5を支持・駆動する防振ユニット29に本発明の支持装置を適用する構成としたが、これに限定されるものではなく、例えばレチクル定盤3を介してレチクルステージ2を支持・駆動する防振ユニット11や、鏡筒定盤25を介して投影光学系PLを支持・駆動する防振ユニット24にも適用可能である。また、上記実施の形態では、本発明のステージ装置を露光装置のステージ装置7に適用した構成としたが、露光装置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。
【0063】
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、W1、W2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。
【0064】
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。また、本発明はウエハW上で少なくとも2つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用可能である。
【0065】
露光装置1の種類としては、ウエハW、W1、W2に半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD)あるいはレチクル又はマスク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。
【0066】
また、不図示の露光用光源として、超高圧水銀ランプから発生する輝線(g線(436nm)、h線(404.nm)、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)、Ar2レーザ(126nm)のみならず、電子線やイオンビーム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。また、YAGレーザや半導体レーザ等の高調波などを用いてもよい。
【0067】
例えば、DFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム(又はエルビウムとイットリビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、かつ非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を露光光として用いてもよい。なお、単一波長レーザの発振波長を1.544〜1.553μmの範囲内とすると、193〜194nmの範囲内の8倍高調波、即ちArFエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を1.57〜1.58μmの範囲内とすると、157〜158nmの範囲内の10倍高調波、即ちF2レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。
【0068】
また、レーザプラズマ光源、又はSORから発生する波長5〜50nm程度の軟X線領域、例えば波長13.4nm、又は11.5nmのEUV(Extreme Ultra Violet)光を露光光として用いてもよく、EUV露光装置では反射型レチクルが用いられ、かつ投影光学系が複数枚(例えば3〜6枚程度)の反射光学素子(ミラー)のみからなる縮小系となっている。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図7に示すように、マイクロデバイスの機能・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によりレチクルのパターンをウエハに露光する露光処理ステップ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。
【0074】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、物体に歪を生じさせることなく推力を付与することができるとともに、省スペース化を実現しつつ物体を駆動することが可能になる。
【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、露光装置の概略構成図である。
【図2】ベースプレート上でウエハ定盤を支持する防振ユニットの概略構成図である。
【図3】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4】露光装置における制御系を示すブロック図である。
【図5】テーパ形状に形成された軸体を有する防振ユニットの概略構成図である。
【図6】ダブルステージ方式のステージ装置を示す外観斜視図である。
【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】防振ユニットの変形例を示す図である。
【図9】従来技術による支持装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
PL 投影光学系
R レチクル(マスク)
W、W1、W2 ウエハ(基板、感光基板)
1 露光装置
2 レチクルステージ(マスクステージ)
5、5a、5b ウエハステージ(基板ステージ、ステージ本体)
6 ウエハ定盤(物体、定盤)
7 ステージ装置
29 防振ユニット(支持装置)
30 エアマウント(気体室)
31 ボイスコイルモータ(駆動装置)
63 可動子(第1移動部)
65 可動子(第2移動部)
66 軸体(軸状体)
76 断熱材
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体室で物体を支持するとともに、駆動装置で物体を駆動する支持装置、及びこの支持装置を有するステージ装置並びに半導体集積回路や液晶ディスプレイ等の製造に用いられ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8−166043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、上記レチクルステージ、ウエハステージおよび投影光学系を支持し、且つこれらに伝わる振動を制振するための支持装置として、内圧が制御可能なエアマウントやボイスコイルモータ等のアクチュエータ(推力付与装置)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の推力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。
【0005】
この種の支持装置の構成例としては、例えば特許文献1に開示されているように、リニアモータとエアシリンダとを同軸上に配置した構成や、特許文献2に開示されているように、ボイスコイルモータ等のアクチュエータの推力中心線とマウント部の作用線とを一致させつつ並列に配置する構成等が提供されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平7−111238号公報
【特許文献2】
特開平9−236150号公報
【0007】
【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技術には、以下のような問題が存在する。特許文献1に開示されている構成では、リニアモータを駆動する際にエアシリンダを構成するトラック型シリンダが可動子とともに移動するため、リニアモータの駆動推力が増加してしまい熱的に不利である。また、特許文献2に開示されている構成例では、アクチュエータとマウント部とが機能的には並列に配置されているものの、スペース的には直列に配置されており、さらにアクチュエータの駆動ストローク分のスペースも別途確保する必要があるため、定盤下の限られたスペースに収めることが困難である。また、特許文献2の構成では、狭いスペースにアクチュエータとマウント部を配置する関係上、マウント部を支持するフレームや、アクチュエータが定盤を駆動する際に推力を伝達するフレームに十分な剛性を確保することも困難である。
【0008】
そこで、配置スペースに起因する問題を回避するために、図9に示すように、マウント部とアクチュエータとをスペース的にも並列に配置した構成も採用されている。この構成は、定盤JとベースプレートBPとの間にエアマウントAMを配置し、定盤Jから側方に延出して設けられた支持部JSとベースプレートBPとの間にリニアアクチュエータLAを配置して、これらをスペース的にも並列とすることで、定盤JとベースプレートBPとの間のスペースが大きくなることを防止している。
【0009】
ところが、定盤上を移動するステージの重量や速度、加速度が増大するにつれて、移動に伴う偏荷重をアクチュエータやエアマウントで完全にキャンセルすることが困難になっている。特に、通常では偏荷重の大部分をエアマウントで負担する構成としているが、アクチュエータによる駆動に比べてエアマウント駆動時の応答性能が低いため、アクチュエータの推力が発生するタイミングとエアマウントが推力を発生するタイミングに時間のずれが生じてしまう。図8のように、アクチュエータとエアマウントとが異なる箇所で定盤に推力を付与している場合に、推力発生のタイミングがずれると定盤に歪を生じさせるという問題があった。
【0010】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、省スペース化に寄与し定盤に歪を生じさせることなく推力付与が可能な支持装置及びステージ装置並びに露光装置を提供することを目的とする。
【0011】
【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。
本発明の支持装置は、所定圧力の気体が充填され、気体により物体(6)を第1方向(Z)に駆動する気体室(30)と、電磁力により物体(6)を第1方向(Z)に駆動する駆動装置(31)とを有する支持装置(29)であって、気体室(30)は、物体(6)を支持して第1方向(Z)に移動自在な第1移動部(63)と、駆動装置(31)により第1移動部(63)と対向状態で一体的に移動する第2移動部(65)とを有することを特徴とするものである。
【0012】
従って、本発明の支持装置では、気体室(30)により物体(6)を第1方向(Z)に駆動する際には第1移動部(63)を移動させることで実現し、駆動装置(31)により物体(6)を第1方向(Z)に駆動する際には第2移動部(65)を移動させることで第1移動部(63)が一体的に移動することで実現する。すなわち、気体室(30)及び駆動装置(31)による物体(6)の第1方向(Z)への駆動は、いずれも第1移動部(63)の移動により行われるため、気体室(30)及び駆動装置(31)の推力発生タイミングに時間的なずれが生じていても、物体(6)に歪を生じさせることを防止できる。また、この支持装置では、駆動装置(31)の駆動ストローク分のスペースを別途確保する必要もなくなるため、省スペース化も図ることが可能になる。そして、駆動装置(31)の駆動により移動するのは気体室全体ではなく、第1移動部(63)及び第2移動部(65)なので熱の発生も抑制することができる。
【0013】
また、本発明のステージ装置は、定盤上をステージ本体が移動するステージ装置であって、定盤が請求項1から5のいずれか一項に記載の支持装置により支持されることを特徴とするものである。
【0014】
従って、本発明のステージ装置では、ステージ本体(5)の移動に伴って偏荷重が生じた場合でも、定盤下の省スペース化及び発熱の抑制を図りつつ、定盤(6)に歪を生じさせることなく偏荷重をキャンセルするように定盤(6)を駆動することが可能になる。
【0015】
そして、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)に保持された感光基板(W)に投影光学系(PL)により露光する露光装置(1)において、マスクステージ(2)と、投影光学系(PL)と、基板ステージ(5)との少なくとも一つが、請求項1から5のいずれか一項に記載の支持装置(29)により支持されることを特徴とするものである。
【0016】
従って、本発明の露光装置では、マスクステージ(2)や基板ステージ(5)の移動により偏荷重が生じた場合でも、省スペース化及び発熱の抑制を図りつつ、各ステージ(5)又は投影光学系(PL)を支持する定盤(6)に歪を生じさせることなく偏荷重をキャンセルするように定盤(6)を駆動することが可能になる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の支持装置及びステージ装置並びに露光装置の実施の形態を、図1ないし図7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し、また本発明の支持装置をウエハステージの定盤を支持する防振ユニットに適用するものとする。
【0018】
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と、レチクルRを保持して移動するレチクルステージ(マスクステージ)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と、レチクルRから射出される照明光をウエハ(基板、感光基板)W上に投影する投影光学系PLと、ウエハWを保持して移動するウエハステージ(基板ステージ、ステージ本体)5および該ウエハステージ5を支持する物体としてのウエハ定盤6を含むステージ装置7と、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。
【0019】
ステージ装置7は、図1から明らかなように、ステージ装置4と投影光学系PLとから分離してベースプレート10上に設けられており、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(定盤)6、ウエハステージ5と一体的に設けられウエハWを吸着保持する試料台ST、これらウエハステージ5および試料台STを相対移動自在に支持するXガイドバーXG、ウエハ定盤6を下方から支持する防振ユニット(支持装置)29を主体に構成されている。
【0020】
防振ユニット29は、ベースプレート10の上方に、三角形の頂点をなす3ヶ所(図1では2つのみ図示)に配置されている。図2に、防振ユニットの概略構成を示す。防振ユニット29は、所定圧力のエア(気体)が充填され、このエアによりウエハ定盤6を支持するエアマウント(気体室)30と、当該エアマウント30の下方に配設されたボイスコイルモータ(駆動装置)31とを主体に構成されている。
【0021】
エアマウント30は、筒状のマウント本体61、マウント本体61にダイヤフラム62を介して支持された可動子(第1移動部)63及びマウント本体61にダイヤフラム64を介して支持された可動子(第2移動部)65、可動子63、65間に介装されたステンレス製の軸体(軸状体)66、内部空間のエア圧を検出する圧力センサ67、内部空間を加圧・減圧するエア圧調整装置68に接続され、その加圧・減圧を切り替えるサーボバルブ69と、圧力センサ67の検出結果に基づいてサーボバルブ69を制御する圧力制御装置70とから概略構成される。
【0022】
マウント本体61は、ベースプレート10上に設けられた筒状の支持部材71上に設置されており、天部に可動子63が配設され、底部に可動子65が配設されている。可動子63は、ウエハ定盤6を支持する支持面63aを有し、当該支持面63aと直交するZ方向(第1方向)に移動自在とされている。可動子65は、ボイスコイルモータ31に支持されており、Z方向に移動自在に、且つ可動子63と対向状態で配置されている。そして、これら可動子63、65は、軸体66に取付ネジ等の締結部材72、73により締結固定されることで、Z方向に一体的に移動する構成となっている。また、内部空間のエアによる可動子63の受圧面積は、エアによる可動子65の受圧面積よりも(内部空間に露出する面積が可動子65よりも可動子63の方が)大きく設定されている。
【0023】
なお、エアにより可動子63が駆動される推力は、エアによる可動子63の受圧面積にダイヤフラム62の受圧面積を加えたものに比例するが、ここではエアによるこれら可動子63及びダイヤフラム62の総受圧面積を可動子63の受圧面積と称して説明する。同様に、ここでは、エアによる可動子65及びダイヤフラム64の総受圧面積を可動子65の受圧面積と称して説明する。
【0024】
ボイスコイルモータ31は、電磁力によりウエハ定盤6をZ方向に駆動するものであって、支持部材71の内部空間に封止状態で設置されており、ベースプレート10に突設された固定子74と、固定子74に対してZ方向に移動する可動子75とから構成されている。ボイスコイルモータ31の可動子75と、エアマウント30の可動子65との間には、ベークライト等で構成された断熱材76が介装されている。ボイスコイルモータ31の駆動はモータ制御装置78により制御され、このモータ制御装置78及びエアマウント30の圧力制御装置70は、主制御装置80(図4参照)により統括制御される。
【0025】
図1に戻り、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28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。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参照鏡、レーザ干渉計40(図4参照)および移動鏡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40、44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40、44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。
【0026】
XガイドバーXGは、X方向に沿った長尺形状を呈しており、その長さ方向両端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いる。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は、ベースプレート10に突設されたサイド定盤32、32上にエアパッド54を介して設けられている。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、33が構成されており、可動子36が固定子37との間の電磁気的相互作用により駆動されることで、XガイドバーXGはY方向に移動するとともに、リニアモータ33、33の駆動を調整することでθZ方向に回転移動する。すなわち、このリニアモータ33によってXガイドバーXGとほぼ一体的にウエハステージ5(および試料台ST、以下単にウエハステージ5と称する)がY方向およびθZ方向に駆動されるようになっている。なお、ウエハステージ5は、Y方向の移動にはガイド部材を有さないガイドレスステージとなっているが、ウエハステージ5のX方向の移動に関しても適宜ガイドレスステージとすることができる。
【0027】
また、ウエハステージ5は、XガイドバーXGとの間にZ方向に所定量のギャップを維持する磁石およびアクチュエータからなる磁気ガイドを介して、XガイドバーXGにX方向に相対移動自在に非接触で支持・保持されている。そして、ウエハステージ5は、XガイドバーXGに埋設された固定子を有するXリニアモータ35による電磁気的相互作用によりX方向に駆動される。なお、Xリニアモータの可動子は図示していないが、ウエハステージ5に取り付けられている。
【0028】
上述のように、固定子37、37は、ウエハ定盤6のX方向両側にウエハ定盤6とは(振動的に)独立して設けられたサイド定盤32、32上に、Y方向へのガイド機構を有するエアパッド54を介してそれぞれY方向に移動自在にそれぞれ浮揚支持されている。このため、運動量保存の法則により、ウエハステージ5の例えば+Y方向の移動に応じて、固定子37は−Y方向に移動する。換言すると、固定子37は、カウンタマスとして機能しており、そ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。
【0029】
なお、図1に示すように、XガイドバーXGの−X方向側には、ボイスコイルモータで構成されるXトリムモータ34の可動子34aが取り付けられている。Xトリムモータ34は、XガイドバーXGとリアクションフレーム8との間に介装されており、その固定子34bはリアクションフレーム8に設けられている。このため、ウエハステージ5をX方向に駆動する際の反力は、Xトリムモータ34によりリアクションフレーム8に伝達され、さらにリアクションフレーム8を介してベースプレート10に伝達されることで、ウエハ定盤6に振動が伝わることを防げる。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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(Gは重力加速度)レベルで絶縁されるようになっている。
【0034】
次に、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)。
【0035】
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。
【0036】
レチクルステージ2について詳述すると、図3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。
【0037】
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。なお、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し、前述の運動量保存の法則を用いた反力処理を実施してもよい。
【0038】
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。
【0039】
レチクル微動ステージ18には、バキュームチャック18a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55a〜55c(図4参照)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軸回りの回転)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18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。
【0040】
図1に戻り、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。
【0041】
投影光学系PLのフランジ23には、異なる3カ所に3つのレーザ干渉計45が、ウエハ定盤6とのZ方向の相対位置を検出するための検出装置として固定されている(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方向のレーザビーム(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。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23を基準としてそれぞれ計測される(図1においては、測長ビームがウエハステージ5の手前を通過する状態を示している)。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。
【0042】
また、上記レチクル定盤3、ウエハ定盤6、鏡筒定盤25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)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)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77(図4参照)と称する)。そして、これらの振動センサ群77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、θZ)の振動をそれぞれ求めることができる。
【0043】
図4に露光装置1の制御系を示す。この図に示すように、振動センサ群77、レチクル用レーザ干渉計55a〜55c及びウエハ用レーザ干渉計40、44、45の各種計測装置の計測結果は主制御装置80に出力される。そして、主制御装置80は、これら計測装置の計測結果に基づいて各種演算処理を行い、その結果に基づきレチクル駆動用リニアモータ15、17X、17Y、ウエハ駆動用リニアモータ33、35、ウエハ駆動用トリムモータ34、防振ユニット11、24、圧力制御装置及70びモータ制御装置78(防振ユニット29)等を統括的に制御する。
【0044】
続いて上記構成の露光装置1の中、防振ユニット29の動作についてまず説明する。
防振ユニット29の中、エアマウント30がウエハ定盤6を駆動する際には、圧力制御装置70が圧力センサ67の検出結果をモニタしながらサーボバルブ69を制御して、例えばエア供給側に切り替えると、エア圧調整装置68から所定圧力(例えば10kPa)のエアがサーボバルブ69を介してエアマウント30(マウント本体61)の内部空間に充填される。
【0045】
内部空間に充填されたエアの圧力は、可動子63、65にそれぞれ作用する。具体的には、エアの圧力は可動子63を+Z方向に移動させる力として作用するとともに、可動子65を−Z方向に移動させる力として作用する。ここで、エアの圧力をP、エアによる可動子63の受圧面積をA63、エアによる可動子65の受圧面積をA65とすると、可動子63にはP×A63の力が加わり、可動子65にはP×A65の力が逆方向に加わることになる。本実施の形態ではA63>A65であり、また可動子63、65が軸体66を介して一体的に固定されているため、これら可動子63、65、軸体66から構成される移動体(ピストン)には、P×(A63−A65)の力が+Z方向に加わる。換言すると、エアマウント30によりウエハ定盤6をP×(A63−A65)の力で+Z方向に駆動することができる。
【0046】
逆に、圧力制御装置70がサーボバルブ69を制御して、エア排気側に切り替えると、エアマウント30内のエアが排出され内部空間の圧力が低下する(減圧される)。低下した圧力は、上記移動体にP×(A63−A65)の力で−Z方向に作用するため、結果として、ウエハ定盤6をP×(A63−A65)の力で−Z方向に駆動することができる。
【0047】
また、ボイスコイルモータ31がウエハ定盤6を駆動する際には、モータ制御装置78の制御により可動子75がZ方向に移動することで、断熱材76、可動子65、軸体66及び可動子63を介してウエハ定盤6に推力を付与する。このとき、可動子63、65は、可撓性を有するダイヤフラム62、64で支持されているため支障なくZ方向に移動することができる。また、ボイスコイルモータ31の可動子75の移動に際しても、エアマウント30の可動子63、65及び軸体66が一体的に固定されているため、エアマウント30の内部空間の容積、すなわちエアの圧力は変わらず、従って、エアマウント30によるウエハ定盤6への推力に影響を及ぼすことはない。
【0048】
また、ボイスコイルモータ31を駆動した際には熱が生じるが、断熱材76によりボイスコイルモータ31から可動子65への伝熱を遮断することができるため、熱変動によるエア圧の変動、すなわち、ウエハ定盤6に対する駆動力の変動を防止することができる。さらに、ボイスコイルモータ31で生じた熱は、支持部材71内に封止されるため、防振ユニット29からの発熱としては小さく抑えることができる。更に、本実施の形態では、前述した図2の構成により、エアマウント30によるZ方向への移動ストロークと、ボイスコイルモータ31によるZ方向への移動ストロークとを共有(共用)させているので、Z方向のスペースを省スペースにすることができる。
【0049】
なお、ボイスコイルモータ31の推力は、軸体66に対して圧縮荷重または引張荷重として作用するため、軸体66の形状・断面積は、ウエハ定盤6に付与する推力に対しても剛性を確保できるようにすることが好ましい。また、エアマウント30の空気バネとしての剛性Kは、γ;ポリトロピック指数、A;空気バネ有効受圧面積、P;圧力、V;空気バネ容積としたときに、次式で求めることができる。
K=γ×A2×P/V …(1)
このときの空気バネ有効受圧面積Aは、可動子63の受圧面積A63と可動子65の受圧面積A65との差になるため、式(1)は次式で表される。
K=γ×(A63−A65)2×P/V …(2)
【0050】
可動子63、65は、エアマウント30の内部空間に臨む面の中、軸体66と接触している面にはエアの圧力が加わらないことを考慮して、軸体66に対しては十分な剛性が得られる断面積を設定するとともに、可動子63、65に対しては軸体66に当接しない範囲に上記式(2)の剛性が得られる受圧面積を確保することが好ましい。また、エアマウント30の内部空間のエア圧を可動子63に対してのみ作用させるべく、可動子65の受圧面積をゼロとするように、ダイヤフラム64を含めて可動子65が内部空間に臨む領域を全て軸体66と当接させることが好ましい。この場合、エアマウント30内の圧力がそのまま可動子63による駆動推力となり、ウエハ定盤6を駆動する際の応答性、及び駆動効率を向上させることが可能になる。
【0051】
次に、上記の防振ユニット29でウエハ定盤6が支持されたステージ装置7の動作について説明する。
リニアモータ33、35の駆動によりウエハステージ5が移動した際には、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カウンターフォースを防振ユニット29に対してフィードフォワードで与え、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を駆動する。また、ウエハステージ5とウエハ定盤6との摩擦が零でない等の理由で、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、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。
【0052】
具体的には、ウエハステージ5の移動により防振ユニット29の負担すべき重量が増えたときには、エアマウント30においては、上述したように、圧力制御装置70が圧力センサ67の検出結果をモニタしながらサーボバルブ69を切り替える。これにより、エア圧調整装置68から所定圧力のエアが内部空間に充填され、可動子63を介してウエハ定盤6を支持する際の支持力を増すことができる。また、エアマウント30の支持力で不足する重量増加についてはモータ制御装置78がボイスコイルモータ31を駆動し、可動子75(及び可動子63)を介してウエハ定盤6に推力を付与することで、不足する支持力を負担することになる。また、ウエハ定盤6の残留振動に関しては、振動センサ群77の検出結果に基づいて、主制御装置80が圧力制御装置70を介して、重心変化時と同様にエアマウント30及びボイスコイルモータ31を駆動することで残留振動をアクティブに制振し、ベースプレート10を介してウエハ定盤6に伝わる微振動をマイクロG(Gは重力加速度)レベルで絶縁することができる。
【0053】
続いて、露光装置1における露光動作について説明する。
ここでは、予め、ウエハW上のショット領域を適正露光量(目標露光量)で走査露光するための各種の露光条件が設定されているものとする。そして、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。
【0054】
このようにして、ウエハWの露光のための準備動作が完了すると、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33、35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、照明光学系IUからの露光用照明光により、レチクルR上の所定の矩形状の照明領域が均一な照度で照明される。この照明領域に対してレチクルRがY方向に走査されるのに同期して、この照明領域と投影光学系PLに関して共役な露光領域に対してウエハWを走査する。
【0055】
そして、レチクルRのパターン領域を透過した照明光が投影光学系PLにより1/5倍あるいは1/4倍に縮小され、レジストが塗布されたウエハW上に照射される。そして、ウエハW上の露光領域には、レチクルRのパターンが逐次転写され、1回の走査でレチクルR上のパターン領域の全面がウエハW上のショット領域に転写される。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が同期制御される。
【0056】
レチクルステージ2の走査方向の加減速時の反力は、固定子20の移動により吸収され、ステージ装置4における重心の位置がY方向において実質的に固定される。また、レチクルステージ2と固定子20とレチクル定盤3との3者間の摩擦が零でなかったり、レチクルステージ2と固定子20との移動方向が僅かに異なる等の理由で、レチクル定盤3の6自由度方向の微少な振動が残留した場合には、上記残留振動を除去すべく、エアマウント12およびボイスコイルモータ13をフィードバック制御する。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の移動による微振動が発生しても、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。
【0057】
以上のように、本実施の形態では、エアマウント30及びボイスコイルモータ31によるウエハ定盤6の駆動を、いずれも可動子63を介して同軸で行うため、両者で推力発生のタイミングにずれが生じた場合でもウエハ定盤6に歪を生じさせてしまうことを防止できる。また、このように、いずれの駆動も可動子63を介することで、ボイスコイルモータ31の駆動ストローク分のスペースを別途確保する必要もなくなり、エアマウント30とボイスコイルモータ31とをZ方向に直列に配置した場合でも定盤下の省スペース化を実現できるとともに、限られたスペースに互いの駆動に干渉しないためのフレームを設ける必要がなくなり、可動子63、65及び軸体66に十分な剛性を確保することが可能である。
【0058】
しかも本実施の形態では、ボイスコイルモータ31の駆動で移動するのは可動子63、65及び軸体66であり、マウント本体61は移動しないので、無駄な推力を発生させる必要がなく、従って、熱の発生を抑制することも可能となっており、空気ゆらぎ等、熱に起因する露光精度の低下も抑制することができる。さらに、本実施の形態では、可動子65とボイスコイルモータ31との間に断熱材76を介在させることで、ボイスコイルモータ31の駆動により生じる熱の悪影響を抑制することも可能である。
【0059】
なお、上記実施の形態では、可動子63、65の間に介装される軸状体として円柱状の軸体66を設ける構成としたが、これに限られるものではなく、例えば角柱状や筒状の部材を設ける構成としてもよい。また、柱状以外にも、図5に示すように、可動子63との当接部を起点として可動子65に向かうに従って漸次拡径するテーパ形状(円錐台状や角錐台状)の軸体66’を用いる構成としてもよい。この場合、例えば可動子63との当接部における大きさを図2に示す軸体66と同一にしたときには、エアにより可動子63、65に加わる力は同じであるが軸体66’の強度(剛性)を上げることができる。逆に、可動子65との当接部における大きさを軸体66と同一にしたときには、エアにより可動子63に加わる力を大きくすることが可能になる。
【0060】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。図8は、上記実施の形態の変形例を示す図であり、図2の構成と対応する部材には同じ符号を付けている。
図8の防振ユニット29では、図2に示した軸体66を省略して、円筒状の可動子65を直接可動子63と接続することにより、Z方向をより省スペースにしている。また、円筒状の可動子65を直接可動子63に接続することにより、剛性も向上させている。なお、本変形例では、図2のマウント本体61を2つの部分61a、61bに分割するとともに、筒状の支持部材71を省略している。しかしながら、軸体66を省略することを除いては、図2の防振ユニット29と図8の防振ユニット29とを適宜組み合わせることができるのはいうまでもない。
【0061】
また、上記実施の形態では、ステージ装置7においてウエハステージ5を一基設ける構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば図6に示すように、固定子37、37を共用するリニアモータ33a、33bによりそれぞれY方向に移動するXガイドバーXG1、XG2を設けるとともに、ウエハ(基板、感光基板)W1、W2を保持してXガイドバーXG1、XG2に沿って互いに独立してウエハ定盤6上をX方向に移動するウエハステージ(基板ステージ、ステージ本体)5a、5bを設ける構成としてもよい。この構成では、一方のウエハステージ(例えば5a)側でウエハ交換とアライメント動作を実行する間に、他方のウエハステージ(例えば5b)側で露光動作を実行することとし、両方の動作が終了した時点でお互いの動作を切り換えるようにすることで、スループットを大幅に向上させることが可能になる。このようなダブルステージ構成のステージ装置7においても、ウエハ定盤6を上記の防振ユニット29で支持することにより、定盤下の省スペース化を実現しつつ、ウエハ定盤6に歪を生じさせずにウエハステージ5a、5bの移動による偏荷重をキャンセルすることができる。
【0062】
また、上記実施の形態では、ウエハ定盤6を介してウエハステージ5を支持・駆動する防振ユニット29に本発明の支持装置を適用する構成としたが、これに限定されるものではなく、例えばレチクル定盤3を介してレチクルステージ2を支持・駆動する防振ユニット11や、鏡筒定盤25を介して投影光学系PLを支持・駆動する防振ユニット24にも適用可能である。また、上記実施の形態では、本発明のステージ装置を露光装置のステージ装置7に適用した構成としたが、露光装置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。
【0063】
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、W1、W2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。
【0064】
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。また、本発明はウエハW上で少なくとも2つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用可能である。
【0065】
露光装置1の種類としては、ウエハW、W1、W2に半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD)あるいはレチクル又はマスク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。
【0066】
また、不図示の露光用光源として、超高圧水銀ランプから発生する輝線(g線(436nm)、h線(404.nm)、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)、Ar2レーザ(126nm)のみならず、電子線やイオンビーム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。また、YAGレーザや半導体レーザ等の高調波などを用いてもよい。
【0067】
例えば、DFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム(又はエルビウムとイットリビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、かつ非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を露光光として用いてもよい。なお、単一波長レーザの発振波長を1.544〜1.553μmの範囲内とすると、193〜194nmの範囲内の8倍高調波、即ちArFエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を1.57〜1.58μmの範囲内とすると、157〜158nmの範囲内の10倍高調波、即ちF2レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。
【0068】
また、レーザプラズマ光源、又はSORから発生する波長5〜50nm程度の軟X線領域、例えば波長13.4nm、又は11.5nmのEUV(Extreme Ultra Violet)光を露光光として用いてもよく、EUV露光装置では反射型レチクルが用いられ、かつ投影光学系が複数枚(例えば3〜6枚程度)の反射光学素子(ミラー)のみからなる縮小系となっている。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図7に示すように、マイクロデバイスの機能・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によりレチクルのパターンをウエハに露光する露光処理ステップ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。
【0074】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、物体に歪を生じさせることなく推力を付与することができるとともに、省スペース化を実現しつつ物体を駆動することが可能になる。
【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、露光装置の概略構成図である。
【図2】ベースプレート上でウエハ定盤を支持する防振ユニットの概略構成図である。
【図3】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4】露光装置における制御系を示すブロック図である。
【図5】テーパ形状に形成された軸体を有する防振ユニットの概略構成図である。
【図6】ダブルステージ方式のステージ装置を示す外観斜視図である。
【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】防振ユニットの変形例を示す図である。
【図9】従来技術による支持装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
PL 投影光学系
R レチクル(マスク)
W、W1、W2 ウエハ(基板、感光基板)
1 露光装置
2 レチクルステージ(マスクステージ)
5、5a、5b ウエハステージ(基板ステージ、ステージ本体)
6 ウエハ定盤(物体、定盤)
7 ステージ装置
29 防振ユニット(支持装置)
30 エアマウント(気体室)
31 ボイスコイルモータ(駆動装置)
63 可動子(第1移動部)
65 可動子(第2移動部)
66 軸体(軸状体)
76 断熱材
Claims (8)
- 所定圧力の気体が充填され、前記気体により物体を第1方向に駆動する気体室と、電磁力により前記物体を前記第1方向に駆動する駆動装置とを有する支持装置であって、
前記気体室は、前記物体を支持して前記第1方向に移動自在な第1移動部と、前記駆動装置により前記第1移動部と対向状態で一体的に移動する第2移動部とを有することを特徴とする支持装置。 - 請求項1記載の支持装置において、
前記第1移動部と前記第2移動部との間に、軸状体が介装されることを特徴とする支持装置。 - 請求項1または2記載の支持装置において、
前記気体による前記第1移動部の受圧面積は、前記気体による前記第2移動部の受圧面積よりも大きいことを特徴とする支持装置。 - 請求項3記載の支持装置において、
前記第2移動部の前記受圧面積が略ゼロであることを特徴とする支持装置。 - 請求項1から4のいずれかに記載の支持装置において、
前記第2移動部と前記駆動装置との間に断熱材が介装されることを特徴とする支持装置。 - 定盤上をステージ本体が移動するステージ装置であって、
前記定盤が請求項1から5のいずれか一項に記載の支持装置により支持されることを特徴とするステージ装置。 - 請求項6記載のステージ装置において、
前記ステージ本体は、互いに独立して移動自在に複数設けられることを特徴とするステージ装置。 - 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感光基板に投影光学系により露光する露光装置において、
前記マスクステージと、前記投影光学系と、前記基板ステージとの少なくとも一つが、請求項1から5のいずれか一項に記載の支持装置により支持されることを特徴とする露光装置。
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JP2006344685A (ja) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | Canon Inc | 露光装置 |
JP2007232648A (ja) * | 2006-03-02 | 2007-09-13 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | ステージ装置 |
JP2016134446A (ja) * | 2015-01-16 | 2016-07-25 | 東京エレクトロン株式会社 | 接合装置、接合システムおよび接合方法 |
-
2002
- 2002-12-16 JP JP2002363612A patent/JP2004200218A/ja not_active Withdrawn
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