JP2006303312A - ステージ装置及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度なステージの移動を実現する
【解決手段】補助カウンタマス７５が、少なくともＹ軸方向に移動可能なレチクルステージＲＳＴの重心位置と、レチクルステージのＹ軸方向への移動による反力によりレチクルステージとは反対方向に移動するカウンタマス２０の重心位置とを一致させるように移動するので、レチクルステージの重心に駆動力を作用させた場合に、レチクルステージとカウンタマスの重心が一致していることにより、ステージの移動に伴う反力がカウンタマスの重心に作用させることができる。これにより、カウンタマスに水平面内での回転方向のトルクを生じさせないので、カウンタマスの回転による影響を受けることなく高精度なステージの移動を実現することができる。
【選択図】図２

Description

本発明はステージ装置及び露光装置に係り、更に詳しくは、少なくとも水平面内の第１軸方向に移動可能なステージを備えるステージ装置及び該ステージ装置を備える露光装置に関する。

近年、半導体素子、液晶表示素子等を製造す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」と総称する）とウエハ又はガラスプレート等の感光物体（以下、「ウエハ」と総称する）とを所定の走査方向（スキャン方向）に沿って同期移動しつつ、レチクルのパターンを投影光学系を介してウエハ上に転写する、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）などが比較的多く用いられるようになってきた。

しかるに、走査型露光装置では、ウエハ側に加え、レチクル側にも、レチクルを駆動する駆動装置が必要である。最近の走査型露光装置では、レチクルの駆動装置として、レチクル定盤上にエアベアリング等により浮上支持されたレチクルステージを、例えば一対のリニアモータによって走査方向に所定ストローク範囲で駆動するとともに、走査方向及び非走査方向に微小駆動する装置が採用されている。また、レチクルの駆動装置としては、走査方向に直交する非走査方向（非スキャン方向）の両側に配置された一対のリニアモータによって、走査方向に所定ストローク範囲で駆動されるレチクル粗動ステージと、該レチクル粗動ステージに対して、スキャン方向及び非スキャン方向及びヨーイング方向にボイスコイルモータ等によって微少駆動されるレチクル微動ステージとを有する粗微動構造のステージ装置も用いられている。

また、レチクルステージの駆動に応じてリニアモータの固定子に生じる反力がレチクル定盤の振動要因や姿勢変化の要因となるのを極力抑制するため、前記反力を受けて、運動量保存則に従って、レチクルステージとは反対方向に移動するカウンタマス（錘部材）を有するカウンタマス機構が設けられたレチクルステージ装置もある。

この種の走査型露光装置が採用するレチクルステージ装置においては、レチクルステージを走査方向に駆動するために、一対のリニアモータの発生推力を、各リニアモータの推力の作用点とレチクルステージの重心との間の距離に応じて配分する必要がある。

このように駆動する場合、各リニアモータの発生推力の反力により、カウンタマスがレチクルステージの移動方向と反対方向のみならず、水平面内で回転してしまう場合がある。

本発明は、上述した事情の下になされたものであり、第１の観点からすると、少なくとも水平面内の第１軸方向に移動可能なステージ（ＲＳＴ）と；前記ステージの第１軸方向への移動による反力により前記ステージとは反対方向に移動するカウンタマス（２０）と；前記ステージの重心位置と、前記カウンタマスの重心位置とを一致させるように移動する移動装置（７５）と；を備えたことを特徴とするステージ装置である。

これによれば、ステージの重心に駆動力を作用させた場合に、ステージとカウンタマスの重心が一致していることにより、ステージの移動に伴う反力がカウンタマスの重心に作用し、カウンタマスに水平面内での回転方向のトルクが生じないので、カウンタマスの回転による影響を受けることなく高精度なステージの移動を実現することができる。

本発明は第２の観点からすると、マスクステージ（ＲＳＴ）に載置されたマスク（Ｒ）のパターンを基板ステージ（ＷＳＴ）に載置された基板（Ｗ）に転写する露光装置であって、前記マスクステージと前記基板ステージとの一方を前記ステージとして含む本発明のステージ装置を備えることを特徴とする露光装置である。

これによれば、高精度な露光を実現することが可能である。

なお、本発明を分かりやすく説明するために、一実施形態を表す図面の符号に対応付けて説明したが、本発明が当該実施形態に限定されるものでないことは言うまでもない。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。

図１には、一実施形態に係る露光装置１０の概略的な構成が示されている。この露光装置１０は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置、すなわちいわゆるスキャニング・ステッパである。

この露光装置１０は、照明ユニットＩＯＰ、マスクとしてのレチクルＲをＹ軸方向に所定のストロークで駆動するとともに、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向）に微少駆動するレチクルステージ装置１２、投影光学系ＰＬ、基板としてのウエハＷを保持してＸＹ平面内でＸＹ２次元方向に移動するウエハステージＷＳＴ、及びこれらの制御系、並びに投影光学系ＰＬなどが搭載されたボディＢＤ等を備えている。

前記照明ユニットＩＯＰは、光源及び照明光学系を含み、その内部に配置された視野絞り（マスクキングブレード又はレチクルブラインドとも呼ばれる）で規定される矩形又は円弧状の照明領域にエネルギビームとしての照明光ＩＬを照射し、回路パターンが形成されたレチクルＲを均一な照度で照明する。ここでは、照明光ＩＬとしては、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）あるいはＦ₂レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光が用いられるものとする。

前記レチクルステージ装置１２は、照明ユニットＩＯＰの下方に配置されている。レチクルステージ装置１２は、図１からわかるように、照明ユニットＩＯＰの下方に所定間隔をあけて配置された、後述する第２コラム２３４の天板部を構成するレチクルステージ定盤１６の上方に載置されている。

レチクルステージ定盤１６は、後述する第２コラム２３４を構成する例えば４本の脚２４１（但し、図１における紙面奥側の２本の脚２４１は図示省略）によって略水平に支持されている。このレチクルステージ定盤１６は、概略板状の部材から成り、そのほぼ中央には、照明光ＩＬを通過させるためのＸ軸方向を長手方向とする矩形開口１６ｂがＺ軸方向に連通状態で形成されている。このレチクルステージ定盤１６の上面がレチクルステージＲＳＴの移動面とされている。

前記レチクルステージＲＳＴは、レチクルステージ定盤１６の上面（移動面）の上方に例えば数μｍ程度のクリアランスを介して浮上支持されている。このレチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが、例えば真空吸着（又は静電吸着）により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、後述するレチクルステージ駆動系により、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面内で２次元的に（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＸＹ平面に直交するＺ軸回りの回転方向（θｚ方向）に）微少駆動可能であるとともに、レチクルステージ定盤１６上をＹ軸方向に指定された走査速度で駆動可能となっている。なお、レチクルステージ装置１２の詳細な構成等については後に詳述する。

前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図１における下方でボディＢＤを構成する第１コラム２３２に保持されている。ここで、ボディＢＤの構成について説明する。

ボディＢＤは、クリーンルームの床面Ｆ上に設置された第１コラム２３２と、この第１コラム２３２の上面に設置された第２コラム２３４とを備えている。第１コラム２３２は、４本の脚部２３７（但し、図１における紙面奥側の２本の脚部２３７は図示省略）と、これらの脚部２３７の上端面がその下端面にそれぞれ接続されるとともに、第１コラム２３２の天井を構成する鏡筒定盤２３８とを備えている。

各脚部２３７は、床面に設置された支柱２４０と、この支柱２４０の上部に設けられた防振ユニット２３９とを備えている。各防振ユニット２３９によって、床面Ｆからの微振動がマイクロＧレベルで絶縁され、鏡筒定盤２３８に殆ど伝達されないようになっている。鏡筒定盤２３８は、そのほぼ中央部に、不図示の円形開口が形成され、この開口内に投影光学系ＰＬがその光軸ＡＸ方向をＺ軸方向として上方から挿入されている。

投影光学系ＰＬの鏡筒の高さ方向のほぼ中央部には、フランジＦＬＧが設けられ、該フランジＦＬＧを介して投影光学系ＰＬが鏡筒定盤２３８によって支持されている。鏡筒定盤２３８の上面には、投影光学系ＰＬを取り囲む位置に、前述の４本の脚２４１（但し、図１における紙面奥側の２本の脚２４１は図示省略）の下端が固定されており、これらの脚２４１の上部に前述のレチクルステージ定盤１６が載置され、水平に支持されている。すなわち、レチクルステージ定盤１６とこれを支持する４本の脚２４１とによって第２コラム２３４が構成されている。

前記投影光学系ＰＬとしては、ここでは両側テレセントリックな縮小系、かつ共通のＺ軸方向の光軸を有する複数枚のレンズエレメントから成る屈折光学系が用いられている。この投影光学系ＰＬの投影倍率βは、例えば１／４あるいは１／５である。このため、前述の如く、照明ユニットＩＯＰからの照明光ＩＬによりレチクルＲが照明されると、レチクルＲに形成された前述の照明領域内の回路パターンが投影光学系ＰＬによりウエハＷ上の照明領域と共役な照明光ＩＬの照射領域（露光領域）に縮小投影され、回路パターンの縮小像（部分等立像）が転写形成される。

前記ウエハステージＷＳＴは、ウエハホルダ２５を介してウエハＷを真空吸着等により保持し、例えばリニアモータ等を含むウエハ駆動系６０（図１では不図示、図５参照）によって、ステージベースＢＳの上面に沿ってＸＹ２次元方向に自在に駆動されるようになっている。ステージベースＢＳは、複数の防振ユニット８６を介してほぼ水平に支持されており、防振ユニット８６によって、床面ＦからステージベースＢＳに伝達される微振動（暗振動）が例えばマイクロＧレベルで絶縁されるようになっている。なお、この防振ユニット８６として、ステージベースＢＳの一部に取り付けられた半導体加速度計等の振動センサの出力に基づいてステージベースＢＳを積極的に制振するいわゆるアクティブ防振装置を用いることも可能である。

前記ウエハホルダ２５の−Ｙ側の端部には、平面鏡から成るＹ移動鏡５６ＹがＸ軸方向に延設されている。このＹ移動鏡５６Ｙにほぼ垂直にＹ軸レーザ干渉計５７Ｙからの測長ビームが投射され、その反射光がＹ軸レーザ干渉計５７Ｙ内部のディテクタによって受光され、Ｙ軸レーザ干渉計５７Ｙ内部の参照鏡の位置を基準としてＹ移動鏡５６Ｙの位置、すなわちウエハＷのＹ位置が検出される。

同様に、ウエハホルダ２５の＋Ｘ側の端部には、平面鏡から成るＸ移動鏡がＹ軸方向に延設されている（不図示）。そして、このＸ移動鏡を介してＸ軸レーザ干渉計５７Ｙ（図１では不図示、図５参照）によって上記と同様にしてＸ移動鏡の位置、すなわちウエハＷのＸ位置が検出される。上記２つのレーザ干渉計の検出値（計測値）は主制御装置７０に供給され、主制御装置７０では、上記２つのレーザ干渉計の検出値をモニタしつつウエハ駆動系を介してウエハステージＷＳＴの位置制御を行うようになっている。

次にレチクルステージ装置１２について詳細に説明する。図２には、レチクルステージ装置１２の構成部分が平面図にて示されている。

レチクルステージ装置１２は、図２に示されるように、レチクルステージ定盤１６上方に配置されたレチクルステージＲＳＴ、及び該レチクルステージＲＳＴを取り囲む状態で、レチクルステージ定盤１６上方に配置されたカウンタマス本体２０、及びレチクルステージＲＳＴを駆動するレチクルステージ駆動系等を備えている。

前記カウンタマス本体２０は、図２から分かるように、平面視矩形の枠状の形状を有し、下面の四隅近傍に設けられた差動排気型の気体静圧軸受３４により、レチクルステージ定盤１６上面に対して非接触で支持されている。このため、このカウンタマス本体２０は、水平方向の力の作用により自由運動を行う。

このカウンタマス本体２０の＋Ｘ側端面には、図２に示されるように、２つのトリムモータＴＭ１，ＴＭ２の可動子８８ａ₁，８８ａ₂の一端が固定されている。そしてこれら可動子８８ａ₁，８８ａ₂には、固定子８８ｂ₁，８８ｂ₂が係合しており、可動子８８ａ₁及び固定子８８ｂ₁によって、カウンタマス本体２０をＸ軸方向に微小駆動して、カウンタマス本体２０のＸ軸方向の位置調整を行うトリムモータＴＭ１が構成され、可動子８８ａ₂及び固定子８８ｂ₂によって、カウンタマス本体２０をＸ軸方向に微小駆動して、カウンタマス本体２０のＸ軸方向の位置調整を行うトリムモータＴＭ２が構成されている。各モータの発生推力を異ならせることによりカウンタマス本体２０をＺ軸回りの回転方向に微小駆動することも可能である。

また、カウンタマス本体２０の＋Ｙ側端面には、トリムモータＴＭ３の可動子８８ａ₃の一端が固定されている。そして該可動子８８ａ₃には固定子８８ｂ₃が係合しており、可動子８８ａ₃、固定子８８ｂ₃によって、カウンタマス本体２０をＹ軸方向に微小駆動して、カウンタマス本体２０のＹ軸方向の位置調整を行うトリムモータＴＭ３が構成されている。

トリムモータＴＭ１〜ＴＭ３を構成する各固定子８８ｂ₁，８８ｂ₂，８８ｂ₃は、レチクルステージ定盤１６とは物理的に分離された状態で床面Ｆ上で支持された平面視（上方から見て）略Ｌ字状の支持部材８９に支持されている。

前記カウンタマス本体２０の内部空間（枠内）には、−Ｘ側端部近傍、＋Ｘ側端部近傍にＹ軸方向に伸びるＹ軸固定子２２ａ、２２ｂがそれぞれ配置され、これらＹ軸固定子２２ａ、２２ｂの内側にＹ軸方向に伸びるＹ軸ガイド２４ａ，２４ｂがそれぞれ配置されている。

これらＹ軸固定子２２ａ、２２ｂ及びＹ軸ガイド２４ａ，２４ｂそれぞれの＋Ｙ側の端部は、カウンタマス本体２０の＋Ｙ側の辺の内壁面に固定され、それぞれの−Ｙ側の端部は、カウンタマス本体２０の−Ｙ側の辺の内壁面に固定されている。すなわち、これらＹ軸固定子２２ａ、２２ｂ及びＹ軸ガイド２４ａ，２４ｂは、カウンタマス本体２０の＋Ｙ側辺と−Ｙ側辺の相互間に架設されている。この場合、Ｙ軸固定子２２ａ，２２ｂは平面視で図２における左右対称に配置され、Ｙ軸ガイド２４ａ，２４ｂは平面視で図２における左右対称に配置されている。

前記Ｙ軸固定子２２ａ、２２ｂのそれぞれは、ＸＺ断面Ｔ字状の形状を有し、Ｙ軸方向に沿って所定ピッチで配置された複数の電機子コイルを有する電機子ユニットから成る。

前記Ｙ軸ガイド２４ａ，２４ｂは、ＸＺ断面矩形の形状を有し、その周囲の四面（上面、下面、右側面、左側面）の平坦度が高く設定されている。

前記レチクルステージＲＳＴは、図２に示されるように、Ｙ軸ガイド２４ａ，２４ｂに沿って移動するレチクル粗動ステージ２８と、該レチクル粗動ステージ２８に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向）に３つのアクチュエータ（ボイスコイルモータ）５４ａ，５４ｂ，５４ｃにより微小駆動されるレチクル微動ステージ３０とを備えている。

これを更に詳述すると、前記レチクル粗動ステージ２８は、平面視（上方から見て）逆Ｕ字状の形状を有し、そのＵ字の両端部（Ｙ軸方向を長手方向とする部分）が、不図示ではあるがＸＺ断面が矩形枠状でＹ軸方向に伸び、その内部にＹ軸ガイド２４ａ，２４ｂがそれぞれ挿入された状態となっている。これらＵ字の両端部それぞれの内面（４面）には、複数の差動排気型の気体静圧軸受が設けられており、これら複数の差動排気型の気体静圧軸受により、Ｙ軸ガイド２４ａ、２４ｂと粗動ステージとのＺ軸方向及びＸ軸方向の間隔が数μｍ程度に維持されるようになっている。また、レチクル粗動ステージ２８の−Ｘ側端面及び＋Ｘ側端面には、磁極ユニットから成るＹ軸可動子４８ａ，４８ｂが設けられている。

前記Ｙ軸可動子４８ａ，４８ｂは、図２に示されるように、前述した一対のＹ軸固定子２２ａ，２２ｂにそれぞれ係合し、レチクルステージＲＳＴをＹ軸方向に駆動する、ムービングマグネット型の電磁力駆動リニアモータから成る一対のＹ軸リニアモータＬＭａ，ＬＭｂを、それぞれ構成する。なお、Ｙ軸リニアモータＬＭａ，ＬＭｂとして、ムービングコイル型のリニアモータを用いても良い。

前記レチクル微動ステージ３０は、真空チャックや静電チャック等から成るレチクルホルダを備え、該レチクルホルダによってレチクルＲが吸着保持されている。このレチクル微動ステージ３０上面の−Ｘ側端部には、Ｘ軸移動鏡６２ＸがＹ軸方向に延設されており、レチクル微動ステージ３０の−Ｙ側端部には、Ｙ軸移動鏡（たとえば、一対のレトロリフレクタ等から構成される）６２Ｙ１、６２Ｙ２が設けられている。

レチクル微動ステージ３０と前述のレチクル粗動ステージ２８との間には、３つの水平駆動用のボイスコイルモータ５４ａ〜５４ｃが設けられている。これらのボイスコイルモータ５４ａ〜５４ｃのうち、１つのボイスコイルモータ５４ｃは、図２に示されるように、レチクル微動ステージ３０の＋Ｘ側に設けられ、その他２つのボイスコイルモータ５４ａ，５４ｂは、レチクル微動ステージ３０の＋Ｙ側に設けられている。

これらのボイスコイルモータ５４ａ〜５４ｃのそれぞれは、レチクル粗動ステージ２８側に固定された側面視Ｔ字状の電機子ユニットから成る固定子と、レチクル微動ステージ３０側に固定され、前記固定子に対して、図２中の矢印方向に微小駆動される磁極ユニットから成る可動子とを有している。すなわち、レチクル微動ステージ３０は、ボイスコイルモータ５４ｃにより、レチクル粗動ステージ２８に対してＸ軸方向に微小駆動されるとともに、ボイスコイルモータ５４ａ，５４ｂにより、レチクル粗動ステージ２８に対してＹ軸方向及びθｚ方向に微小駆動されるようになっている。

レチクル微動ステージ３０上のＸ軸移動鏡６２Ｘの反射面に向けてＸ軸干渉計６９Ｘからの干渉計ビームが照射され、干渉計ではその反射光を受光して基準面に対する相対変位を計測することにより、レチクル微動ステージ３０のＸ軸方向に関する位置を計測する。

一方、レチクル微動ステージ３０上の一対のＹ軸移動鏡６２Ｙ１，６２Ｙ２の反射面に向けて、一対のダブルパス干渉計（以下、Ｙ軸干渉計と呼ぶ）６９Ｙ１，６９Ｙ２からの干渉計ビームが照射される。各干渉計ビームは、Ｙ軸移動鏡６２Ｙ１，６２Ｙ２を介して、レチクルステージ定盤１６上に設けられた反射面２１ａ，２１ｂに照射され、該反射面２１ａ，２１ｂで反射したそれぞれの反射光が同一光路を戻り、それぞれのＹ軸干渉計で受光され、それぞれのＹ軸移動鏡６２Ｙ１，６２Ｙ２の基準位置からのＹ軸方向に関する相対位置が計測される。また、Ｙ軸干渉計６９Ｙ１,６９Ｙ２による各計測結果に基づいて、レチクル微動ステージ３０のヨーイング量（θｚ回転量）を計測することが可能となっている。

各干渉計６９Ｘ，６９Ｙ１，６９Ｙ２の計測値は、図５の主制御装置７０に供給され、該主制御装置７０によって前述のリニアモータＬＭａ，ＬＭｂ、ボイスコイルモータ５４ａ〜５４ｃが制御され、レチクル微動ステージ３０の３自由度方向の位置及び姿勢制御が行われるようになっている。なお、図１においては、代表的に干渉計６９Ｙ２が図示されている。

ここで、一方のリニアモータＬＭｂには、可動子と固定子とのＸ軸方向及びＹ軸方向に関する位置関係を検出するための２次元エンコーダＥＮＣ１が設けられている（図５参照）。この場合、リニアモータＬＭｂの可動子４８ｂに２次元エンコーダＥＮＣ１を構成するヘッドＨ１が設けられ、リニアモータＬＭｂの固定子２２ｂに２次元エンコーダＥＮＣ１を構成する２次元スケールＳ１が設けられている。

また、カウンタマス本体２０の下面（＋Ｙ側端部近傍）とレチクルステージ定盤１６の上面との間にも、２つの２次元エンコーダＥＮＣ２ａ、ＥＮＣ２ｂが設けられている。この場合、カウンタマス本体２０の下面にヘッドＨ２ａ，Ｈ２ｂが設けられ、レチクルステージ定盤１６の上面に２次元スケールＳ２ａ，Ｓ２ｂが設けられている。

各エンコーダＥＮＣ１，ＥＮＣ２ａ，ＥＮＣ２ｂによる計測結果は図５の主制御装置７０に送られるようになっている。主制御装置７０では、レチクル粗動ステージ２８のレチクルステージ定盤１６基準の位置を、カウンタマス本体２０とレチクルステージ定盤１６との相対位置関係を計測する２次元エンコーダＥＮＣ２ａ，ＥＮＣ２ｂによる検出結果と、レチクル粗動ステージ２８とカウンタマス本体２０との相対位置関係を計測するエンコーダＥＮＣ１による検出結果とに基づいて検出する。

ところで、本実施形態のレチクルステージ装置１２においては、図２に示されるように、カウンタマス本体２０の＋Ｘ側端部近傍に補助マス７５が設けられている。この補助マス７５は、Ｘ軸駆動用のリニアモータ７７を介してカウンタマス本体２０に取り付けられており、該リニアモータ７７を介して、Ｘ軸に沿って駆動されるようになっている。

補助マス７５の＋Ｘ側面には反射面が形成されており、該反射面に対向するように補助マス７５の＋Ｘ側に設けられた干渉計７９により補助マスのＸ軸方向に関する位置が検出され、その検出値が主制御装置７０（図５参照）に出力されるようになっている。

なお、本実施形態においては、レチクルステージＲＳＴのＹ軸に沿った移動により、リニアモータＬＭａ，ＬＭｂの固定子２２ａ、２２ｂに反力が作用し、リニアモータＬＭａ，ＬＭｂの固定子２２ａ、２２ｂ、カウンタマス本体２０、及びガイド２４ａ、２４ｂを含む構造体がレチクルステージＲＳＴとは反対方向に移動するようになっている。従って、以下においては、この構造体をレチクルステージ用カウンタマスと呼ぶものとする。また、レチクルステージ用カウンタマスと補助マス７５及び該補助マス７５を駆動するリニアモータ７７とを含んでカウンタマス全体と呼ぶものとする。

次に、前述した補助マス７５をカウンタマス本体２０に設けた理由等について、図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図４に基づいて説明する。

図３（Ａ）には、レチクルステージＲＳＴの重心ＧＲとレチクルステージ用カウンタマス（但し、図３（Ａ）では補助マス７５が設けられていない状態が図示されている）の重心ＧＣのＸ軸方向に関する位置関係等が模式的に示されている。この図３（Ａ）の上半部の図に示されるように、レチクルステージＲＳＴの重心ＧＲの位置は、リニアモータＬＭａ、ＬＭｂが推力を発生する点（作用点）Ａ、作用点Ｂから等距離の位置には存在しないものとし、図３（Ａ）に示されるように、作用点Ａからの距離がａ、作用点Ｂからの距離がｂ（＜ａ）であるものとする。

このような場合に、レチクルステージＲＳＴ（の重心）に対してＹ軸に平行な方向の推力を作用させるためには、それぞれのリニアモータＬＭａ，ＬＭｂに、次式（１）に示される関係を満たすような推力Ｆａ，Ｆｂを発生させる必要がある。

Ｆａ×ａ＝Ｆｂ×ｂ…（１）
この場合、図３（Ａ）の下半部の図に示されるように、リニアモータＬＭａ，ＬＭｂの固定子には、各リニアモータＬＭａ，ＬＭｂが発生した推力の反力（−Ｆａ及び−Ｆｂ）が作用するようになっている。ここで、図３（Ａ）に示されるように、重心ＣＧの位置が作用点Ａから距離ａ’で、かつ作用点Ｂから距離ｂ’の位置にあり、レチクルステージＲＳＴの重心ＧＲとレチクルステージ用カウンタマスの重心ＧＣとのＸ軸方向位置が一致していない場合には、モーメントの関係からレチクルステージ用カウンタマスの重心ＧＣに時計回り方向のトルクが生じてしまうことになる。

この時計回り方向のトルクが生じると、レチクルステージＲＳＴの重心ＧＲにＹ軸方向の推力を作用させているにもかかわらず、レチクルステージＲＳＴをＹ軸方向に並進させることができなくなる。

そこで、本実施形態では、上記トルクの発生を防止するために、レチクルステージ用カウンタマスの重心ＧＣから距離Ｌだけ離れた位置に補助マス７５を設けることにより、図３（Ｂ）に示されるように、カウンタマス全体の重心を（ａ−ａ’）だけずらし、カウンタマス全体の重心ＧＣ’とレチクルステージＲＳＴの重心とを一致させる（静的な重心を一致させる）こととしている。ここで、レチクルステージＲＳＴの重心位置とカウンタマス全体の重心ＧＣ’とを一致させるとは、それぞれの重心位置を一致させるのみならず、所定の軸方向に関して一致させる場合も含んでいる。

この場合の距離Ｌは、重心回りのＭ₁とＭ₂とのモーメントの釣り合いから、次式（２）にて求められる。

Ｌ＝（Ｍ₁＋Ｍ₂）（ａ−ａ’）／Ｍ₂ …（２）

ところで、レチクルステージＲＳＴでは、レチクル微動ステージ３０がボイスコイルモータ５４ｃによりＸ軸方向に微小駆動されることから、これに応じて、レチクルステージＲＳＴの重心ＧＲもＸ軸方向に移動する。

図４の上半部の図には、レチクルステージＲＳＴの重心ＧＲがΔｘだけ移動した状態が模式的に示されている。この場合の、レチクルステージＲＳＴの重心ＧＲの移動量は、レチクル微動ステージ３０のＸ軸方向に関する位置を検出するＸ軸干渉計６９Ｘの検出結果に基づいて算出できる。

この場合、レチクルステージＲＳＴの重心ＧＲの移動に追従するように、カウンタマス全体の重心ＧＣ’を移動させる必要があるので、補助マス７５をリニアモータ７７を介してΔｙだけ移動する。この場合における補助マス７５の移動量Δｙは、重心回りのＭ₁とＭ₂とのモーメントの釣り合いから、次式（３）にて求めることができる。

Δｙ＝Ｌ−（Ｍ₁＋Ｍ₂）（ａ−ａ’−Δｘ）／Ｍ₂ …（３）

また、この式（３）と上述した式（２）とにより、次式（４）が得られる。

Δｙ＝（Ｍ₁＋Ｍ₂）×Δｘ／Ｍ₂ …（４）

従って、本実施形態においては、レチクルステージＲＳＴの重心の移動量Δｘに応じて、式（４）に基づいて、補助マス７５をΔｙだけ駆動することにより、レチクルステージＲＳＴの重心（動的な重心）ＧＲとカウンタマス全体の重心（動的な重心）ＧＣ’とのＸ軸方向に関する位置を常に一致させるようにしている。

このようにすることで、リニアモータＬＭａ、ＬＭｂによる反力がカウンタマス全体の重心ＧＣ’に作用するようになっているので、図３（Ａ）のように、補助マス７５を設けない場合において発生していたカウンタマス全体の回転を防止することが可能となっている。

上述のように構成された本実施形態の露光装置１０によると、通常のスキャニング・ステッパと同様に、レチクルアライメント、不図示のアライメント系のベースライン計測、並びにＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アライメント）方式のウエハアライメント等の所定の準備作業が行われた後、以下のようにしてステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行なわれる。

まず、ウエハＷのＸＹ位置が、ウエハＷ上の最初のショット領域（ファースト・ショット）の露光のための走査開始位置（加速開始位置）となるように、ウエハステージＷＳＴが移動される。同時に、レチクルＲの位置が走査開始位置となるように、レチクルステージＲＳＴが移動される。そして、２次元エンコーダＥＮＣ１，ＥＮＣ２ａ，ＥＮＣ２ｂ、Ｘ軸干渉計６９Ｘ、Ｙ軸干渉計６９Ｙ１，６９Ｙ２によって計測されたレチクルＲの位置情報、及びウエハ側のＹ軸レーザ干渉計５７Ｙ及びＸ軸レーザ干渉計によって計測されたウエハＷの位置情報に基づき、レチクルＲ（レチクルステージＲＳＴ）とウエハＷ（ウエハステージＷＳＴ）とを同期移動させることにより、走査露光が行なわれる。

このようにして、最初のショット領域に対するレチクルパターンの転写が終了すると、ウエハステージＷＳＴが非走査方向（Ｘ軸方向）に１ショット領域分だけステッピングされた後、次のショット領域に対する走査露光が行なわれる。このようにして、ショット間ステッピング動作と走査露光とが順次繰り返され、ウエハＷ上に複数のショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。

上記の走査露光に際して、主制御装置７０によりウエハステージＷＳＴに対するレチクルステージＲＳＴの追従制御が行われるが、この際にレチクルステージＲＳＴの移動に伴う反力が、上記カウンタマス全体の移動によりキャンセルされている。

また、上述したように、レチクル微動ステージ３０のＸ軸方向に関する移動に追従して、補助マス７５をＸ軸方向に移動し、レチクルステージＲＳＴの重心ＧＲとカウンタマス全体の重心ＧＣ’とを一致させるようにしている。

従って、本実施形態では、レチクルステージＲＳＴの駆動時に、該レチクルステージＲＳＴの駆動に伴って生じる反力（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の反力）を確実にキャンセルし、かつ反力に起因するヨーイングモーメントの発生を防止することができるので、レチクルステージＲＳＴの駆動に伴う振動を抑制し、かつ、高精度なレチクルステージＲＳＴの移動及び位置決めを実現することが可能となっている。

また、本実施形態では、上記の反力キャンセルのため、レチクルステージ定盤１６上方をレチクルステージ用カウンタマスが移動する際に、その基準位置からのずれ量が許容値を超えないように、例えば露光に影響を与えない適宜なときに、主制御装置７０により前述の３つのトリムモータＴＭ１，ＴＭ２，ＴＭ３を用いてカウンタマス本体２０を所定の基準位置に戻すようになっている。

この場合、トリムモータＴＭ１，ＴＭ２，ＴＭ３がボディＢＤとは振動的に分離された支持定盤６９により支持されているので、各モータの固定子に発生する振動は、床面Ｆに逃がされるようになっており、投影光学系ＰＬ等への振動の伝達が防止されている。

以上詳細に説明したように、本実施形態のレチクルステージ装置１２によると、Ｙ軸方向に移動可能なレチクルステージＲＳＴの重心ＧＲの位置（本実施形態ではＸ軸方向に関する位置）と、レチクルステージＲＳＴのＹ軸方向への移動による反力によりレチクルステージＲＳＴとは反対方向に移動するカウンタマス全体の重心ＧＣ’の位置（Ｘ軸方向に関する位置）とを一致させるように、補助マス７５をリニアモータ７７を介してＸ軸方向に移動するので、レチクルステージＲＳＴの重心位置が移動した場合であっても、補助マス７５の移動によりカウンタマス全体の重心ＧＣ’をレチクルステージＲＳＴの重心ＧＲに追従させることができるので、カウンタマス全体ＧＣ’に水平面内の回転方向のトルクが生じることがなく、レチクルステージＲＳＴを高精度で移動し、かつ位置決めすることが可能となる。

また、本実施形態の露光装置によると、高精度な移動及び位置決めが可能なステージ装置をレチクルステージ装置として備えているので、レチクルの移動及び位置決めを高精度で行うことができ、露光精度を向上することが可能となる。

また、レチクルステージＲＳＴに設けられた移動鏡６２Ｘにビームを照射してレチクルステージＲＳＴのＸ軸方向に関する位置を計測するレーザ干渉計のビームと干渉しない位置に、補助マス７５を設けているので、高精度なレチクルステージの位置検出及び位置決めを実現することができる。

なお、上記実施形態では、補助マスを＋Ｘ側端部近傍にのみ設ける場合について説明したが、これに限らず、Ｘ軸方向の両側（＋Ｘ端部近傍及び−Ｘ側端部近傍）に一対の補助マスを設け、各補助マスの位置又は質量を調整することにより、カウンタマス全体の重心をレチクルステージの重心と一致させるようにしても良い。

なお、上記実施形態では、補助マス７５をＸ軸方向に駆動する場合について説明したが、本発明がこれに限られるものではなく、補助マスをＺ軸方向に駆動することとしても良い。

例えば、図６に示されるように、補助マス７５の上面にＺ軸方向に駆動可能な補助マス７５Ｂを設け、カウンタマス本体２０の−Ｘ側端部近傍に補助マス７５Ｃを設けることとしても良い。この場合、補助マス７５Ｂ、７５Ｃには、Ｚ軸方向の駆動力を発生する一対のボイスコイルモータ７４が接続されており、該ボイスコイルモータ７４により、Ｚ軸方向に駆動されるようになっている。

このような構成を採用することにより、まず、補助マス７５Ｂ，７５Ｃを所定の高さ位置に設定することにより、レチクルステージＲＳＴの重心のＺ軸方向に関する位置とカウンタマス全体の重心のＺ軸方向に関する位置とを一致させる（静的な重心を一致させる）こととし、レチクルステージＲＳＴの重心のＺ位置が何らかの要因により変更された場合には、適宜、補助マス７５Ｂ，７５ＣをＺ軸に沿って駆動することにより、レチクルステージＲＳＴの重心のＺ軸方向に関する位置とカウンタマス全体の重心のＺ軸方向に関する位置とを一致させる（動的な重心位置を一致させる）こととすることができる。

この場合のレチクルステージＲＳＴの重心のＺ位置の変更は、例えば、レチクル微動ステージ３０がレチクル粗動ステージ２８に対して６自由度で移動可能な場合において、レチクル微動ステージ３０のＺ位置が変更された場合や、レチクルステージＲＳＴが保持するレチクルＲの重量の変化による重心位置の変更等が考えられる。

なお、図６のような構成に限らず、図７に示されるように、補助マス７５とは別に、カウンタマス本体２０の−Ｘ側端部及び＋Ｘ側端部に補助マス７５Ｂ，７５Ｃを設けることとしても良い。このような構成を採用する場合にも、まず、補助マス７５Ｂ，７５Ｃを所定の高さ位置に設定することにより、レチクルステージＲＳＴの重心のＺ軸方向に関する位置とレチクルステージ用カウンタマスの重心のＺ軸方向に関する位置とを一致させ（静的な重心位置を一致させ）、レチクルステージＲＳＴの重心のＺ位置が何らかの要因により変更された際には、適宜、補助マス７５Ｂ，７５ＣをＺ軸に沿って駆動することにより、レチクルステージＲＳＴの重心のＺ軸方向に関する位置カウンタマス全体の重心のＺ軸方向に関する位置とを一致させる（動的な重心位置を一致させる）こととすることができる。

なお、上記実施形態で説明したＸ軸方向に移動可能な補助マス７５を設けずに、Ｚ軸方向に移動可能な補助マス７５Ｂ、７５Ｃのみを設けることとしても良い。また、補助マス７５がＸ軸方向及びＺ軸方向に駆動自在な構成を採用することとしても良い。

なお、上記実施形態では、レチクルステージがレチクル微動ステージとレチクル粗動ステージとで構成される場合について説明したが、これに限らず、レチクルステージを一体物で構成し、該レチクルステージの所定方向の微動に伴う重心の移動に応じて、補助マスを駆動することとしても良い。

なお、上記実施形態では、レチクルステージ装置に本発明のステージ装置を採用した場合について説明したが、これに限らず、ウエハステージ装置に本発明のステージ装置を採用することも可能である。

すなわち、例えば、図８（Ａ）に示されるように、ウエハステージ装置にカウンタマス本体２０’を設けることとし、カウンタマス本体２０’の内壁面（４面）それぞれに、ウエハステージＷＳＴを駆動するリニアモータＬＭ１〜ＬＭ４の固定子を固定する。そして、カウンタマス本体２０’の四隅のうちの１箇所（図８（Ａ）では、＋Ｘ側かつ−Ｙ側の端部）に、リニアモータ１７７Ｘ，１７７ＹによりＸＹ方向に移動可能とされた補助マス７５’を設ける。

この場合、補助マス７５’のＸＹ面内の位置を所定位置に設定することによりカウンタマスとウエハステージの静的な重心を合わせることとし、ウエハステージＷＳＴが例えば図８（Ｂ）に示されるように、＋Ｘ方向かつ−Ｙ方向に移動した場合には、ウエハステージＷＳＴの重心とカウンタマス全体の重心とが一致するように、補助マス７５’をリニアモータ１７７Ｘ，１７７Ｙを介して＋Ｘかつ−Ｙ方向に移動させるようにする（静的な重心を合わせる）。

なお、ウエハステージ装置に採用される場合の補助マスの構成は、図８（Ａ）、図８（Ｂ）の構成に限らず、図９（Ａ）に示されるような構成を採用することも可能である。すなわち、カウンタマス本体２０’の四隅近傍に、補助マス１７５Ａ，１７５Ｂ，１７５Ｃ，１７５Ｄをそれぞれ設けることとし、リニアモータにより補助マス１７５Ａ、１７５ＣがＹ軸方向に、補助マス１７５Ｂ，１７５ＤがＸ軸方向に移動可能に設定する。これにより、例えば図９（Ｂ）のようにウエハステージＷＳＴを＋Ｘ方向かつ−Ｙ方向に移動した際にも、ウエハステージの重心移動に追従して、各補助マス１７５Ａ〜１７５Ｄを駆動し、カウンタマス全体の重心をウエハステージの重心に一致させる（動的な重心を一致させる）ことができる。

なお、ウエハステージ装置及びレチクルステージ装置のいずれか一方に本発明のステージ装置を採用する場合に限らず、本発明のステージ装置をウエハステージ装置とレチクルステージ装置の両方に採用することとしても良い。

なお、上記実施形態では、レーザ干渉計と２次元エンコーダを用いて、レチクルステージとカウンタマスの位置を検出する場合について説明したが、本発明がこれに限らず、レーザ干渉計のみを用いる場合、又は２次元エンコーダのみを用いる場合のいずれかを採用することとしても良い。また、上記実施形態では、補助マスの位置をレーザ干渉計を用いて検出することとしたが、エンコーダ又はその他の計測装置を用いて補助マスの位置を検出することとしても良い。

また、上記実施形態ではカウンタマス側に補助マスを設けることにより、ステージの重心とカウンタマスの重心とを一致させる場合について説明したが、これに限らず、ステージ側に補助マスを設けることにより、ステージの重心とカウンタマスの重心とを一致させるようにしても良い。

また、上記実施形態では、レチクルステージを構成するレチクル微動ステージがレチクル粗動ステージに対してＸ、Ｙ、θｚ方向に微小駆動される場合について説明したが、これに限らず、Ｚ軸駆動用のボイスコイルモータ等の微動機構を設けることにより、Ｚ、θｘ、θｙ方向にレチクル微動ステージを微小駆動することとしても良い。

なお、上記実施形態では，本発明に係るステージ装置が真空紫外光を用いた走査型の露光装置のレチクルステージ装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、本発明に係るステージ装置は，投影光学系を用いることなくマスクと基板とを密着させてマスクパターンを基板に転写するプロキシミティタイプのアライナーのマスクステージ装置や、液晶用の一括転写方式の走査型露光装置などのマスクステージ装置あるいはプレートステージ装置などに好適に適用できる。この他、ＥＢＰＳ方式の電子線露光装置、波長５〜３０ｎｍ程度の軟Ｘ線領域の光を露光光として用いるいわゆるＥＵＶＬ等の露光装置にも本発明に係るステージ装置は適用できる。

また、露光装置に限らず、その他の精密機械などにも本発明に係るステージ装置は好適に適用できる。

また、上記実施形態では、投影光学系ＰＬとして縮小系を用いる場合について説明したが、投影光学系は等倍系および拡大系のいずれでも良い。また、いわゆるカタディオプトリック系（反射屈折系）、あるいは反射光学素子のみから成る反射系を用いても良い。

なお、上記実施形態例では、本発明が半導体製造用の露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子、有機ＥＬ、マイクロマシン、ＤＮＡチップなどを製造するための露光装置などにも本発明は広く適用できる。

また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。

なお、例えば国際公開ＷＯ９９／４９５０４号などに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体が満たされる液浸露光装置に本発明を適用しても良い。

以上説明したように、本発明のステージ装置は、ステージを少なくとも水平面内の第１軸方向に移動するのに適している。また、本発明の露光装置は、マスクステージに載置されたマスクのパターンを基板ステージに載置された基板に露光するのに適している。

一実施形態に係る露光装置を示す概略図である。 図１のレチクルステージ装置の平面図である。 図３（Ａ）はレチクルステージとレチクルステージ用カウンタマスの重心位置の関係等を模式的に示す図であり、図３（Ｂ）はレチクルステージとカウンタマス全体の静的な重心を一致させた場合を模式的に示す図である。 レチクルステージとカウンタマス全体の動的な重心を一致させた場合を模式的に示す図である。 図１の露光装置の制御系を示す図である。 補助マスの変形例（その１）である。 補助マスの変形例（その２）である。 図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、カウンタマス本体及び補助マスをウエハステージ装置に採用した場合（その１）を示す図である。 図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、カウンタマス本体及び補助マスをウエハステージ装置に採用した場合（その２）を示す図である。

符号の説明

１０…露光装置、１２…レチクルステージ装置（ステージ装置）、１８…カウンタマス本体（カウンタマスの一部）、２２ａ，２２ｂ…固定子（カウンタマスの一部）、２４ａ，２４ｂ…Ｙ軸ガイド（カウンタマスの一部）、２８…レチクル粗動ステージ（粗動ステージ）、３０…レチクル微動ステージ（微動ステージ）、６９Ｘ…Ｘ軸干渉計（位置計測装置）、７５…補助マス（移動装置）、Ｒ…（マスク）、ＲＳＴ…レチクルステージ（ステージ、マスクステージ）、Ｗ…ウエハ（基板）、ＷＳＴ…ウエハステージ（基板ステージ）。

Claims (7)

1. 少なくとも水平面内の第１軸方向に移動可能なステージと；
   前記ステージの第１軸方向への移動による反力により前記ステージとは反対方向に移動するカウンタマスと；
   前記ステージの重心位置と、前記カウンタマスの重心位置とを一致させるように移動する移動装置と；を備えたことを特徴とするステージ装置。
2. 前記移動装置は、前記カウンタマスに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記移動装置は、前記水平面内で前記第１軸方向に直交する第２軸方向に移動することを特徴とする請求項１又は２に記載のステージ装置。
4. 前記移動装置は、前記水平面に直交する第３軸方向に移動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のステージ装置。
5. 前記ステージは、粗動ステージと、該粗動ステージに対して微小駆動可能とされた微動ステージとを備え、
   前記移動装置は、前記微動ステージの移動に応じて移動することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のステージ装置。
6. 前記第１軸方向に沿って前記ステージに設けられた移動鏡に計測ビームを照射して前記水平面内で前記第１軸方向に直交する第２軸方向に関する前記ステージの位置を計測する位置計測装置を更に備え、
   前記移動装置を前記計測ビームと干渉しない位置に設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のステージ装置。
7. マスクステージに載置されたマスクのパターンを基板ステージに載置された基板に転写する露光装置であって、
   前記マスクステージと前記基板ステージとの一方を前記ステージとして含む請求項１〜６のいずれか一項に記載のステージ装置を備えることを特徴とする露光装置。
   

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