JP2020096024A - ステージ装置、露光装置及び光学処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】2軸ステージにおいて、ステージを、2軸方向の一方(他方)の方向に移動するための駆動部の移動を伴うことなく、他方(一方)の方向に移動する。【解決手段】ステージ装置10は、定盤12上でX軸及びY軸方向に移動可能なステージ14と、第1面にX軸方向に延びるXガイドを有するYクロスバー22Yと、Yクロスバー22Yと対向して配置され、第1面と対向する面にY軸方向に延びるYガイド26Yを有するXクロスバー22Xと、Yクロスバーを、Y軸方向に移動する第1駆動部(20Y1、20Y2)と、Xクロスバーを、X軸方向に移動する第2駆動部(20X1、20X2)と、一端がステージに接続され、他端がYガイドに係合し、Yガイドに沿って移動可能なX連結部材24Xと、一端がステージに接続され、他端がXガイドに係合し、Xガイドに沿って移動可能なY連結部材と、を備える。【選択図】図1
Description
本発明は、ステージ装置、露光装置及び光学処理装置に係り、特に互いに直交する所定面内の2方向に移動するステージを備えたステージ装置、基板を少なくとも前記2方向に移動するステージ装置を備えた露光装置、ターゲットを少なくとも前記2方向に移動するステージ装置を備えた光学処理装置に関する。
従来、半導体素子(集積回路等)、液晶表示素子等の電子デバイス(マイクロデバイス)を製造するための各種露光装置、あるいは光ビームなどのエネルギームを用いてターゲットを加工する加工装置などの光学処理装置では、ターゲットを少なくとも所定面内の直交2方向に移動するためのステージ装置が用いられている。
例えば、互いに直交する2方向に移動する2軸ステージとして、ガントリー型のステージ装置、あるいはH型のステージ装置などが用いられている。この種のステージ装置としては、X軸方向及びY軸方向の一方の方向に移動する第1ステージと、その第1ステージを、その駆動装置と一体でX軸方向及びY軸方向の他方の方向に移動する第2ステージ(又はこれに相当する駆動部)と、を備えたXYステージ装置が用いられる(例えば特許文献1参照)。かかるXYステージ装置では、第1ステージを他方の方向に移動する際には、第1ステージ及びその駆動装置と一体で第2ステージ(又はこれに相当する駆動部)を一方の方向に移動する必要がある。このため、第2ステージを移動するモータとして出力が大きなモータが必要になり、その分コストの上昇を招いていた。
ところで、近年、乗用車などでは、開発コスト及び生産コストの削減を図るため、車を構成する基本部品の一連の組み合わせ(フレームやサスペンション、ステアリング、パワートレインといった、車にとって必要不可欠な要素を持つ車の基礎部分)であるプラットホームを共通化することが主流となっている。露光装置、加工装置などの分野でも、開発コスト及び生産コストの削減は、当然期待されている。
本発明の第1の態様によれば、定盤と、前記定盤上で少なくとも所定面内で互いに直交する第1方向及び第2方向に移動可能なステージと、前記所定面に平行な第1面に前記第2方向を長手方向とする第1リニアガイドを有し、前記第1方向に移動可能な第1部材と、前記所定面に垂直な方向に関して前記第1部材の前記第1面と対向して配置され、前記第1面と対向する面に前記第1方向を長手方向とする第2リニアガイドを有し、前記第2方向に可能な第2部材と、前記第1部材を、前記第2方向を長手方向とした向きに維持し、前記第1方向に移動する第1駆動部と、前記第2部材を、前記第1方向を長手方向とした向きに維持し、前記第2方向に移動する第2駆動部と、一端が前記ステージに接続され、他端が前記第2リニアガイドに係合し、前記第2リニアガイドに沿って前記第1方向に移動可能な少なくとも1つの第1連結部材と、一端が前記ステージに接続され、他端が前記第1リニアガイドに係合し、前記第1リニアガイドに沿って前記第2方向に移動可能な少なくとも1つの第2連結部材と、を備えるステージ装置が、提供される。
本発明の第2の態様によれば、基板を露光する露光装置であって、ベースフレームと、前記ベースフレーム上に三角形の各頂点位置に配置され、それぞれエアマウント及びアクチュエータを有する3つのアクティブ防振ユニットと、前記3つのアクティブ防振ユニットを介して3点支持されたメトロロジーフレームと、投影光学系を有し、前記メトロロジーフレームに支持された投影ユニットと、前記ベースフレームにより、防振ユニットを介することなく支持されたマスクステージ定盤と、前記マスクステージ定盤に少なくとも一部が支持された照明系ユニットと、前記マスクステージ定盤上で、パターンが形成されたマスクを前記投影光学系の光軸に垂直な所定面内の3自由度方向に移動するマスクステージと、前記基板を少なくとも前記3自由度方向に移動するステージ装置と、を備え、前記3つのアクティブ防振ユニットは、前記メトロロジーフレームを少なくとも前記光軸に平行な方向に駆動し、前記マスクと前記投影光学系との前記光軸に平行な方向の離間距離を調整可能である露光装置が、提供される。
本発明の第3の態様によれば、光学系を介してエネルギビームを照射してターゲットに所定の処理を施す光学処理装置であって、ベースフレームと、前記ベースフレーム上の同一直上にない3点に配置され、それぞれエアマウント及びアクチュエータを有する3つのアクティブ防振ユニットと、前記3つのアクティブ防振ユニットを介して3点支持され、少なくとも前記光学系を支持するためのメトロロジーフレームと、を含むプラットホームを、基本構成部品として有し、前記ターゲットを少なくとも前記光学系の光軸と垂直な所定面内で互いに直交する第1及び第2方向に移動するステージ装置と、前記ベースフレーム上に、防振部材を介することなく搭載され、パターニングデバイスを支持するための支持フレームと、を備え、前記3つのアクティブ防振ユニットによって、前記光学系と前記パターニングデバイスとの前記光軸と平行な方向の位置関係を調整可能である光学処理装置が、提供される。
《第1の実施形態》
以下、第1の実施形態に係るステージ装置について、図1〜図4に基づいて説明する。図1には、第1の実施形態に係るステージ装置10の構成が概略的に示されている。ステージ装置10では、所定面内で互いに直交する2方向に移動するステージ14が設けられているので、以下、ステージ14の移動する2方向を、それぞれX軸方向、Y軸方向とし、X軸及びY軸に直交する方向をZ軸方向とし、X軸、Y軸及びZ軸回りの回転(傾斜)方向を、それぞれθx方向、θy方向及びθz方向として、説明を行う。
以下、第1の実施形態に係るステージ装置について、図1〜図4に基づいて説明する。図1には、第1の実施形態に係るステージ装置10の構成が概略的に示されている。ステージ装置10では、所定面内で互いに直交する2方向に移動するステージ14が設けられているので、以下、ステージ14の移動する2方向を、それぞれX軸方向、Y軸方向とし、X軸及びY軸に直交する方向をZ軸方向とし、X軸、Y軸及びZ軸回りの回転(傾斜)方向を、それぞれθx方向、θy方向及びθz方向として、説明を行う。
ステージ装置10は、定盤12と、定盤12上に配置されたステージ14と、ステージ14を、X軸方向及びY軸方向に移動するステージ駆動系16と、を備えている。
定盤12は、XY平面(水平面)に平行な床面F上に設置された直方体部材から成る土台部18上に載置されている。土台部18の上面は、XY平面(水平面)に平行となっている。
定盤12は、平面視でほぼ正方形で互いに平行な上面及び下面を有する直方体部材から成り、上面がXY平面に平行となり、上面及び下面に垂直な方向がZ軸方向と一致し、上面の互いに平行な2辺が延びる方向がX軸方向に一致し、残りの2辺が延びる方向がY軸方向に一致している。
ステージ駆動系16は、一対のY駆動ユニット20Y1、20Y2と、一対のX駆動ユニット20X1、20X2と、一対のY駆動ユニット20Y1、20Y2によって駆動され、Y軸方向に所定ストローク範囲で往復移動するYクロスバー22Yと、一対のX駆動ユニット20X1、20X2によって駆動され、X軸方向に所定ストローク範囲で往復移動するXクロスバー22Xと、ステージ14をYクロスバー22Y及びXクロスバー22Xに対してキネマティックに連結する(結合する)連結機構30と、を備えている。
一対のY駆動ユニット20Y1、20Y2のそれぞれは、例えば一軸アクチュエータ及びY軸方向に関する(1自由度)の反力処理機構(これについては後述する)を備えている。Y駆動ユニット20Y1、20Y2のそれぞれは、X軸方向に関して定盤12を挟んで土台部18上に配置され、Y軸方向を長手方向とする磁石ユニット(又はコイルユニット)から成る固定子23aと、固定子23aに係合するコイルユニット(又は磁石ユニット)から成る可動子23bと、を有し、Y軸方向の駆動力(電磁力)を発生するYリニアモータを備えている。Yクロスバー22Yは、X軸方向を長手方向とし、長手方向の一端部と他端部にYリニアモータの可動子23bが、それぞれ設けられている。以下では、Y駆動ユニット20Y1、20Y2をそれぞれ構成するYリニアモータを、便宜上、Y駆動ユニット20Y1、20Y2と同一の符号を用いてYリニアモータ20Y1、20Y2と称する。Yリニアモータ20Y1、20Y2によって駆動され、Yクロスバー22YはY軸方向に移動する。すなわち、本実施形態では、一対のY駆動ユニット(Yリニアモータ)20Y1、20Y2によって、Yクロスバー22YをY軸方向に移動するY駆動部(第1駆動部)が構成されている。
X駆動ユニット20X1、20X2のそれぞれは、Y軸方向に関して定盤12を挟んで配置され、X軸方向を長手方向として土台部18上に配置された断面U状の磁石ユニット(又はコイルユニット)から成る固定子23cと、固定子23cに係合するコイルユニット(又は磁石ユニット)から成る可動子23dと、を有するXリニアモータを、一軸アクチュエータとして有する。
Xクロスバー22Xは、Y軸方向を長手方向とし、長手方向の一端部と他端部にXリニアモータの可動子23dが、それぞれ設けられている。以下では、X駆動ユニット20X1、20X2がそれぞれ有するXリニアモータを、便宜上、X駆動ユニット20X1、20X2と同一の符号を用いてXリニアモータ20X1、20X2と称する。Xリニアモータ20X1、20X2により駆動され、Xクロスバー22XはX軸方向に移動する。すなわち、本実施形態では、一対のX駆動ユニット(Xリニアモータ)20X1、20X2によって、Xクロスバー22XをX軸方向に移動するX駆動部(第2駆動部)が構成されている。
Xクロスバー22Xの上面(+Z側の面)には、図2に示されるように、X軸方向の中央より幾分−X側の位置に、所定幅で所定深さを有しY軸方向に延びる凹溝27aが全長にわたって形成されている。凹溝27aの内部には、Xクロスバー22Xの長手方向の全長にわたりYリニアガイド26Yが配置されている。Yリニアガイド26Yに、Y軸方向に離れて配置された一対のX連結部材24Xを介してステージ14(より正確には、後述する粗動ステージ)が係合している。さらに詳述すると、一対のX連結部材24Xのそれぞれは、一端(−X端)がステージ14に接続された屈曲自在の弾性部材、例えば板ばね29aと、板ばね29aの他端部(+X端部)の下面(−Z側の面)に固定されたスライダ部材28aとを有する。スライダ部材28aは、Yリニアガイド26Yに係合し、Yリニアガイド26YとともにY軸方向の一軸ガイド装置を構成するもので、凹溝27a内でYリニアガイド26Yに沿って移動可能である。したがって、ステージ14は、一対のX連結部材24Xを介してYリニアガイド26Yに係合し、一対のX連結部材24Xと一体でYリニアガイド26Yに沿って移動可能になっている。
一対のX連結部材24X、24Xは、図2に示されるように、ステージ14の重心位置CGを通るX軸方向の直線からY軸方向の一側と他側にほぼ同一距離離れた位置に設けられている。
Xクロスバー22Xの上方(+Z側)に、これと対向する状態で、Yクロスバー22Yが、配置されている。Yクロスバー22Yの下面(Xクロスバー22Xに対向する−Z側の面)には、図2に示されるように、Y軸方向の中央より幾分+Y側の位置に、所定幅で所定深さを有しX軸方向に延びる凹溝27bが全長にわたって形成されている。凹溝27bの内部には、Yクロスバー22Yの長手方向の全長にわたりXリニアガイド26Xが配置されている。Xリニアガイド26Xに、Y連結部材24Yを介してステージ14(より正確には、後述する粗動ステージ)が係合している。さらに詳述すると、Y連結部材24Yは、一端(+Y端)がステージ14に接続された屈曲自在の弾性部材、例えば板ばね29bと、板ばね29bの他端部(+X端部)の下面(−Z側の面)に固定されたスライダ部材28bとを有する。スライダ部材28bは、Xリニアガイド26Xに係合し、Xリニアガイド26XとともにX軸方向の一軸ガイド装置を構成するもので、凹溝27b内でXリニアガイド26Xに沿って移動可能である。したがって、ステージ14は、Y連結部材24Yを介してXリニアガイド26Xに係合し、Y連結部材24Yと一体でXリニアガイド26Xに沿って移動可能になっている。
Y連結部材24Yは、図2に示されるように、ステージ14の重心位置CGを通るY軸方向の直線上に設けられている。
なお、図2では、図示の便宜上及び構成を視覚的にわかり易くするため、Yクロスバー22Y及びY連結部材24Yが、上下反転して図示されているが、実際には、Xクロスバー22Xに対向するYクロスバー22Yの下面に凹溝27b及びXリニアガイド26Xが設けられ、Xリニアガイド26XにY連結部材24Yの−Y側の端部に固定されたスライダ部材28bが、下方から係合している。
このため、ステージ14は、Xリニアモータ20X1、20X2及びYリニアモータ20Y1、20Y2が駆動力を発生していないXクロスバー22X及びYクロスバー22Yの停止時には、Y軸方向及びθz方向(Z軸回りの回転方向)の位置の変化が2つ(一対の)のX連結部材24Xによって防止され、X軸方向の位置の変化がY連結部材24Yによって防止され、さらに2つのX連結部材24XとY連結部材24Yとによって、Z軸方向及びθx方向及びθy方向の位置の変化が実質的に防止されている。すなわち、ステージ14は、X、Y、Z、θx、θy、θzの各方向、すなわち6自由度方向に関して、過拘束なく、拘束されている。このように、本実施形態では、一対のX連結部材24XとY連結部材24Yとを含んで、ステージ14をYクロスバー22Y及びXクロスバー22Xに対してキネマティックに連結する(結合する)前述の連結機構30が構成されている。
ステージ14は、定盤12上に非接触で支持され、X軸方向及びY軸方向に移動可能な粗動ステージ32と、粗動ステージ32上でX軸方向、Y軸方向及びXY平面に垂直なZ軸方向を含む6自由度方向に可動な微動ステージ34と、を有する。
粗動ステージ32の底面には、不図示のエアベアリング(エアパッド)が複数設けられており、この複数のエアベアリングから定盤12の上面に向けて噴出される、加圧空気の静圧によって粗動ステージ32は定盤12の上面に対して例えば数ミクロン程度のクリアランス(ギャップ、間隙)を隔てて浮上支持されている。なお、粗動ステージ32は、必ずしも定盤の上面に対して浮上支持される必要はなく、例えばエアベアリング以外の軸受によって移動自在に支持されていても良い。
粗動ステージ32の上に、複数のアクチュエータ、例えばボイスコイルモータ(VCM)等を含む6自由度駆動機構から成る微動ステージ駆動系を介して微動ステージ34が搭載されている。例えば、微動ステージ34を下方から3点で支持するとともにその支持点をZ軸方向に駆動する3つのZVCMと、微動ステージ34をX軸方向に駆動する1つ(又は2つ)のXVCMと、微動ステージ34をX軸方向に駆動する2つ(又は1つ)のYVCMと、を含んで6自由度駆動機構を構成することができるが、6自由度駆動機構(微動ステージ駆動系)の具体的構成は、特に限定されない。例えば、粗動ステージの浮上方式として、前述のエア浮上方式に代えて磁気浮上方式を採用しても良い。この場合、平面モータとして、例えば磁気浮上方式の平面モータを採用することができる。磁気浮上方式の平面モータを採用する場合、粗動ステージを、平面モータのみで6自由度方向に駆動することが可能になるので、粗動ステージと微動ステージとの両方を必ず用いる必要がなくなる。すなわち、ステージ14として、磁気浮上方式の単一の6DOFステージを用いても良い。
微動ステージ34には、図1に示されるように、X軸に垂直な反射面を有するX移動鏡(Xミラーとも呼ばれる)36Xが、上面の−X端部に固定され、Y軸に垂直な反射面を有するY移動鏡(Yミラーとも呼ばれる)36Yが、上面の+Y端部に固定されている。
微動ステージ34のX軸方向及びY軸方向に関する位置情報は、X移動鏡36X、Y移動鏡36Yに、それぞれ複数の測長ビームを照射し、Z軸方向を除く、5自由度方向に関する微動ステージ34の位置情報を計測可能な不図示の干渉計システムによって、計測されている。
また、微動ステージ34には、その中央にウエハを真空吸着又は静電吸着により保持するためのウエハホルダWHが設けられている。
ここで、ステージ14が、X軸方向及びY軸方向に移動する場合の各部の動作について説明する。
まず、ステージ14が、例えば図3(A)に示される位置から図3(B)に示される位置まで移動する場合を例にとり、ステージ14がY軸方向に移動する場合について説明する。
一対のYリニアモータ(Y駆動ユニット)20Y1、20Y2によって駆動され、図3(A)中に白抜き矢印で示されるように、Yクロスバー22Yが−Y方向に移動する。このYクロスバー22Yの移動に伴い、Y連結部材24Yを介してYクロスバー22Yに係合されたステージ14が、Yクロスバー22Yと一体で−Y方向に移動し、2つのX連結部材24Xが、Yリニアガイド26Yに沿ってステージ14と一体で−Y方向に移動する。このようにして、Yクロスバー22Yが、図3(B)の位置まで駆動されることで、Yクロスバー22Yと一体で、ステージ14及び2つのX連結部材24Xが、図3(B)の位置まで移動する。
反対に、図3(B)に示される位置から、Yクロスバー22Yが、図3(B)中に白抜き矢印で示されるように、一対のY駆動ユニット(Yリニアモータ)20Y1、20Y2によって+Y方向に駆動されることで、Yクロスバー22Yと一体で、ステージ14及び2つのX連結部材24Xが、図3(A)の位置まで移動する。
ここで、Yクロスバー22YからY連結部材24Yを介してステージ14に与えられる力の作用点は、重心位置CGを通る直線上に位置するので、ステージ14をY軸方向に駆動する力の作用点は、重心位置に一致する。すなわち、ステージ14は、重心駆動にてY軸方向に駆動される。
図3(A)及び図3(B)、並びに上記の説明から明らかなように、ステージ14のY軸方向の移動中は、Xクロスバー22Xは停止したままである。
次に、ステージ14が、例えば図4(A)に示される位置から図4(B)に移動する場合を例にとり、ステージ14がX軸方向に移動する場合について説明する。
一対のX駆動ユニット(Xリニアモータ)20Y1、20Y2によって駆動され、図4(A)中に白抜き矢印で示されるように、Xクロスバー22Xが+X方向に移動する。このXクロスバー22Xの移動に伴い、一対のX連結部材24Xを介してXリニアガイド26Xに係合された(Xクロスバー22Xに連結された)ステージ14が、一対のX連結部材24Xと一体的に+X方向に移動し、Y連結部材24Yが、Xリニアガイド26Xに沿ってステージ14と一体で+X方向に移動する。このようにして、Xクロスバー22Xが、図4(B)に示される位置まで移動することで、Xクロスバー22Xと一体的に、ステージ14及びY連結部材24Yが、図4(B)に示される位置まで移動する。
一方、ステージ14に一対のX連結部材24Xを介して連結されたXクロスバー22Xが、図4(B)中に白抜き矢印で示されるように、一対のX駆動ユニット(Xリニアモータ)20X1、20X2によって−X方向に駆動されることで、Xクロスバー22Xと一体的に、ステージ14及びY連結部材24Yが、図4(B)に示される位置から図4(A)に示される位置まで移動する。ここで、Xクロスバー22Xから一対のX連結部材24Xをそれぞれ介してステージ14に与えられる力の作用点は、重心位置CGからX軸方向に関して等距離にある直線上に位置するので、ステージ14をX軸方向に駆動する力の作用点は、重心位置に一致する。すなわち、ステージ14は、重心駆動にてX軸方向に駆動される。
図4(A)及び図4(B)、並びに上記の説明から明らかなように、ステージ14のX軸方向の移動中は、Yクロスバー22Yは停止したままである。
以上説明したように、本実施形態に係るステージ装置10によると、ステージ14をY軸方向に駆動する際には、一対のY駆動ユニット(Yリニアモータ)20Y1、20Y2によって、Yクロスバー22Yと一体的にステージ14及び一対のX連結部材24Xを駆動するのみで足り、ステージ14をX軸方向に駆動するための駆動装置(具体的には、Xクロスバー22X及び一対のX駆動ユニット20X1、20X2)を駆動する必要がない。また、ステージ装置10によると、ステージ14をX軸方向に駆動する際には、一対のX駆動ユニット(Xリニアモータ)20X1、20X2によって、Xクロスバー22Xと一体的にステージ14及びY連結部材24Yを駆動するのみで足り、ステージ14をY軸方向に駆動するための駆動装置(具体的には、Yクロスバー22Y及び一対のY駆動ユニット20Y1、20Y2)を駆動する必要がない。
Yクロスバー22Y及びXクロスバー22Xには、いずれもリニアモータの固定子は設けられてなく、リニアモータの固定子に比べて格段軽量なリニアガイドが設けられているのみである。したがって、ステージ14を駆動するXリニアモータ20X1、20X2及びYリニアモータ20Y1、20Y2として、従来のガントリーステージで用いられていたような出力の大きなモータは不要であり、出力が小さな低コストかつ小型のモータを用いることが可能となる。
なお、上記実施形態では、ステージ14をYリニアガイド26Yに係合する一対のX連結部材24Xを、ステージ14の重心位置CGを通るX軸方向の直線に関して対称に配置することで、ステージ14を重心位置にてX軸方向に駆動する場合を例示したが、これに限らず、一対のX駆動ユニット(Xリニアモータ)20X1、20X2それぞれから1つ又は2つ以上のX連結部材24Xを介してステージ14に与えられる駆動力に起因するステージ14の重心位置CGを中心とする負(−)のモーメント(時計回りモーメント)と正(+)のモーメント(反時計回りのモーメント)との和が零となる(換言すれば時計回りモーメントと反時計回りのモーメントとが釣り合う)ように設定するのであれば、X連結部材24Xの数は、一対でなくても良く、その配置も特に限定されない。かかる場合には、ステージ14をXY平面内で回転させることなく、重心位置にてX軸方向に駆動することが可能になる。
また、上記実施形態では、ステージ14をXリニアガイド26Xに係合するY連結部材24Yを、ステージ14の重心位置CGを通るY軸方向の直線上に配置することで、ステージ14を重心位置にてY軸方向に駆動する場合を例示したが、これに限らず、一対のY駆動ユニット(Yリニアモータ)20Y1、20Y2それぞれから2つ以上のY連結部材24Xを介してステージ14与えられる駆動力に起因するステージ14の重心位置CGを中心とする負(−)のモーメント(時計回りモーメント)と正(+)のモーメント(反時計回りのモーメント)との和が零となる(換言すれば時計回りモーメントと反時計回りのモーメントとが釣り合う)ように設定するのであれば、Y連結部材24Yを2つ以上設けても良く、その配置も特に限定されない。かかる場合には、ステージ14をXY平面内で回転させることなく、重心位置CGにてY軸方向に駆動することが可能になる。
これまでは、X軸方向及びY軸方向のいずれの方向に関しても、ステージ14の重心位置で駆動が可能な構成のステージ装置について説明したが、X軸方向及びY軸方向の少なくとも一方の方向に関しては、ステージ14の重心位置以外の位置で駆動する構成を採用しても良い。
また、上記実施形態では、一対のY駆動ユニット(Yリニアモータ)20Y1、20Y2によってYクロスバー22YをY軸方向に移動するY駆動部が構成され、この一対のY駆動ユニット(Yリニアモータ)20Y1、20Y2によってYクロスバー22Yを移動することで一対のX連結部材24Xを介してYクロスバー22Yに係合されたステージ14をY軸方向に移動する場合について説明した。しかし、これに限らず、Yクロスバー22YをY軸方向に移動するY駆動部(第1駆動部)は、一対でなく、単一の駆動装置によって構成しても良い。ただし、この単一の駆動装置は、その移動中のYクロスバー22Yの向きをX軸方向に平行な向きに維持できることが要求される。
同様に、Xクロスバー22XをX軸方向に移動するX駆動部(第2駆動部)も、一対のX駆動ユニット(Xリニアモータ)20X1、20X2によって必ずしも構成する必要はない。移動中のXクロスバー22Xの向きをY軸方向に平行な向きに維持できるのであれば、単一の駆動装置によって構成しても良い。
また、上記実施形態では、Y駆動部(第1駆動部)を構成するY駆動ユニット、X駆動部(第2駆動部)を構成するX駆動ユニット、がそれぞれ備える一軸アクチュエータとして、リニアモータを用いる場合について説明した。しかし、これに限らず、Y駆動部(第1駆動部)及びX駆動部(第2駆動部)の少なくとも一方が、リニアモータの代わりに他の一軸アクチュエータを含んで構成されていても良い。一軸アクチュエータの種類は、特に限定されず、例えば送りねじ装置、ラックアンドピニオン装置、ベルト式(あるいはチェーン式、ワイヤ式など)駆動装置などの他の方式の装置を用いても良い。
また、Xリニアモータ20X1、20X2、Yリニアモータ20Y1、20Y2の固定子を、定盤12上で移動可能に浮上支持して、1自由度の反力処理機構としてのカウンタマスを構成しても良いし、定盤12に凸部を設け、この凸部の上に厚さを薄く形成した固定子を、浮上支持して1自由度の反力処理機構(すなわち、カウンタマス)を構成しても良い。あるいは、定盤12上に固定される固定部と、この固定部の内側に配置され、固定部に対して移動可能なコイルユニット(又は磁石ユニット)を有する移動部と、移動部に係合する磁石ユニット(又はコイルユニット)と、を有するリニアモータを、Xリニアモータ20X1、20X2、Yリニアモータ20Y1、20Y2として採用しても良い。かかる構成のリニアモータでは、移動部がカウンタマスとして機能する。
この他、反力処理機構として、定盤12を、土台部18上で移動可能に支持し、ステージ14の移動時の駆動力の反力でステージ14とは反対向きに移動可能とする反力処理機構(カウンタマス)を用いても良い。この反力処理機構は、X軸方向及びY軸方向のいずれの方向に関しても、ステージ14の移動時の反力処理機構として機能する。
《第2の実施形態》
次に、第2の実施形態について、図5〜図8に基づいて説明する。図5には、第2の実施形態に係る露光装置100の全体構成が概略的に示されている。
次に、第2の実施形態について、図5〜図8に基づいて説明する。図5には、第2の実施形態に係る露光装置100の全体構成が概略的に示されている。
本第2の実施形態に係る露光装置100は、後述するように、前述したステージ装置10を備えているので、以下では、前述した第1の実施形態と同様、ステージ14の移動する2方向を、それぞれX軸方向、Y軸方向とし、X軸及びY軸に直交する方向を、投影光学系PLの光軸とAXと平行なZ軸方向とし、X軸、Y軸及びZ軸回りの回転(傾斜)方向を、それぞれθx方向、θy方向及びθz方向として、説明を行う。ただし、露光装置100では、後述するように走査露光方式でレチクルRのパターンがステージ14に保持されたウエハW上に転写されるので、ステージ14の移動方向のうち、走査露光におけるレチクルとウエハの移動方向(図5における紙面内左右方向)をY軸方向としている。
露光装置100は、図5に示されるように、床(又はフレームキャスタ)F上に設置された側面視(+X方向から見て)門型のベースフレーム40と、ベースフレーム40上に配置された複数、例えば3つのアクティブ防振ユニット42(図1では、2つのアクティブ防振ユニットのみ図示)と、3つのアクティブ防振ユニット(以下、防止ユニットと略記する)42を介して複数点、例えば3点で支持されたメトロロジーフレーム44と、メトロロジーフレーム44に支持された投影ユニットPUと、ベースフレーム40上に防振ユニットを介することなく、複数のアダプタ46を介して載置されたレチクルステージ定盤(マスクステージ定盤)48と、レチクルステージ定盤48に複数、例えば2つの支持部材49A、49Bを介して下方から支持された第1部分照明系ユニット50Aと、レチクルステージ定盤48上に搭載されたレチクルステージ装置60と、第1部分照明系ユニット50Aとともに照明系ユニット50を構成する第2部分照明系ユニット50Bと、ベースフレーム40とは物理的に(機械的に)分離して床F上に設置された前述のステージ装置10と、を備えている。第2部分照明系ユニット50Bは、床F上に設置されている。図示していないが、ステージ装置10は、複数(例えば3つ)のアクティブ防振ユニットを介して床F上に支持されている。第2部分照明系ユニット50Bについても複数の防振ユニットを介して床F上に配置しても良い。なお、上述の防振ユニットはアクティブ型に限定されず、パッシプ型を用いても良い。
以下、露光装置100の構成について、さらに詳述する。
図6には、アダプタ46より上の構成部分及び第2照明系ユニット50B、並びにメトロロジーフレーム44を取り去った、露光装置100の残りの部分が概略的に斜視図にて示されている。この図6に示されるように、ベースフレーム40は、Y軸方向に離れて配置されたY軸方向に垂直な一対の側壁部40a、40bと、この一対の側壁部40a、40bの+X端部同士、−X端部同士を、それぞれの上端部で接続する、Y軸方向にそれぞれ延びる一対の水平部40c,40dと、を有している。一対の側壁部40a、40bは、中央に矩形の開口が形成された矩形状(矩形枠状)である。本実施形態では、−Y側が装置の正面であり、+Y側が装置の背面であるので、以下では−Y側の側壁部40aを前壁と呼び、+Y側の側壁部40bを後壁と呼ぶ。すなわち、ベースフレーム40は、側面視(+X方向から見て)門型、正面視(−Y方向から見て)矩形枠状の形状を有している。また、ベースフレーム40は、中央に矩形開口40eを有する平面視矩形枠状である。
前壁40aには、上端部のX軸方向の中央の位置に上端面から所定深さの位置まで切除された切除部411が形成されている。また、後壁40bには、上端部のX軸方向の中心から+X軸方向の一側(+X側)及び他側(−X側)に同一距離離れた位置に上端面から所定深さ(切除部411とほぼ同じ深さ)の位置まで切除された切除部412、413がそれぞれ形成されている。切除部411、412、413は、Y軸方向から見て凹状である。
3つの切除部411、412、413のそれぞれには、防振ユニット421、422、423が、配置されている。防振ユニット421、422、423のそれぞれは、エアマウント及びアクチュエータを有する。防振ユニット421、422、423の構成等については、後にさらに詳述する。
3つの防振ユニット421、422、423は、それぞれベースフレーム40の切除部411、412、413の内部に配置されている。すなわち、3つの防振ユニット421、422、423は、ベースフレーム40上の三角形(本実施形態二等辺三角形)の各頂点位置に配置されている。
3つの防振ユニット421、422、423によって、メトロロジーフレーム44が、ベースフレーム40上で3点支持されている。さらに詳述すると、メトロロジーフレーム44は、図7に示されるように、前方の等脚台形状部分と後方の矩形状部分とが一体化された平面視六角形の所定厚さの部材から成り、その長手方向(図7のY軸方向)の中央より前方側の位置に投影ユニットPUの下端部を挿入するための平面視円形の開口44aが形成されている。メトロロジーフレーム44には、断面L字部材から成るブラケット45が、前面に1つ、両側面の後端部に各1つ取り付けられている。識別のため、以下では、前面側のブラケット45を、ブラケット451、両側面側のブラケット45をブラケット452,453と表記する。ブラケット451、452、453のそれぞれは、上面がメトロロジーフレーム44の上面とほぼ同一面となるようにメトロロジーフレーム44に取り付けられ、メトロロジーフレーム44と一体で、ベースフレーム40の開口40eの内部に配置されている。また、ブラケット451、452、453のそれぞれは、ベースフレーム40の切除部411、412、413それぞれの内部に配置された防振ユニット421、422、423の上にそれぞれ配置されている。すなわち、メトロロジーフレーム44は、3つのブラケット451、452、453を介して防振ユニット421、422、423によって3点支持されている。ただし、かかる支持が可能となるように、ブラケット452、453のそれぞれは、メトロロジーフレーム44に固定された側壁部分には上壁部の後半分の部分に対応する部分が存在しない。
図5に戻り、メトロロジーフレーム44には、投影ユニットPU、及び種々の計測系が取り付けられている。このうち、投影ユニットPUは、鏡筒43と、鏡筒43内に配置された投影光学系PLとを有する。投影光学系PLとしては、例えば共通のZ軸に平行な光軸AXを有する複数の光学素子(レンズ)を有する屈折光学系が用いられている。投影光学系PLは、一例として1/4又は1/5の投影倍率を有し、倒立像を投影する両側テレセントリックな光学系である。
投影ユニットPUは、前述の開口44a内に上方から挿入され、鏡筒43の下端部近傍の周囲に設けられたフランジ部FLGを介して、メトロロジーフレーム44によって下方から支持されている。メトロロジーフレーム44に取り付けられた種々の計測系については後述する。
本第2の実施形態に係る露光装置100では、後述するように、投影ユニットPUとレチクルRとの投影光学系PLの光軸AXに平行な方向(Z軸方向)の間隔の調整のため、防振ユニット421、422、423によってメトロロジーフレーム44がZ軸方向に駆動される。
アダプタ46は、互いに平行な上面及び下面を有し、下面に凹部が形成されたY軸方向から見て逆U字状の部材から成り、本実施形態では、3つの防振ユニット421、422、423に対応して、3つのアダプタ461、462、463が設けられている。アダプタ461、462、463のそれぞれは、対応する防振ユニット421、422、423及びブラケット451、452、453を、所定の隙間を介してそれぞれ覆うように、ベースフレーム40上にそれぞれ配置されている。
アダプタ461、462、463により、防振ユニット421、422、423によるメトロロジーフレーム44の駆動を妨げることがないように、ベースフレーム40に載置される他の構成部分が支持される。本第2の実施形態に係る露光装置100では、アダプタ461、462、463により、レチクルステージ定盤48が支持されている。
アダプタ461、462、463それぞれは、上述した役割を果たすことができれば良く、その形状等は、特に限定されない。
レチクルステージ定盤48には、図5に示されるように、Y軸方向の中央より幾分−Y側の位置に、上下方向に貫通した所定形状、例えば円形の開口48aが形成されている。レチクルRに照射される露光光(照明光)は開口48aを通って投影光学系PLに入射する。
レチクルステージ定盤48の上方には、照明系ユニット50の一部を構成する第1部分照明系ユニット50Aが、その長手方向がY軸と平行となる状態で配置されている。照明系ユニット50は、床F上に配置された第2部分照明系ユニット50Bと、第2部分照明系ユニット50Bの上部に配置された第1部分照明ユニット50Aとを備えている。
第1部分照明系ユニット50Aは、複数、例えば2つの支持部材49A、49Bを介してレチクルステージ定盤48上に支持されている。第1部分照明系ユニット50Aは、筐体52と、筐体52内に配置された複数の第1光学部材から成る照明光学系(図示省略)の第1部分と、を備えている。第2部分照明系ユニット50Bは、筐体54と、筐体54内に配置される複数の第2光学部材から成る照明光学系の第2部分と、例えばビームマッチングユニットを介して第2部分に光学的に接続される光源と、を備えている。一例として、第1部分は、レチクルR上で露光光が照射される照明領域を規定するマスキングシステム(レチクルブラインド系)、照明領域内での露光光の照度分布をほぼ均一にする照度均一化部材(例えばフライアイレンズ)などを含み、第2部分は、レチクルRのパターン面(下面)が配置される投影光学系PLの物体面と実質的に光学的なフーリエ変換の関係となる、照明光学系の瞳面での露光光の照度分布を可変とする分布可変部材(例えばマイクロミラーアレイなどの空間光変調器)などを含む。照明光学系はその瞳面での露光光の偏光方向を設定する偏光設定部材を含んでも良く、偏光設定部材は第1部分と第2部分のどちらに設けても良い。偏光設定部材は、第1部分に設けられる場合、フライアイレンズに対してその入射面側に配置され、第2部分に設けられる場合、空間光変調器に対して上流側(入射側)に配置される。偏光設定部材によって、照明光学系の瞳面での露光光の偏光方向を周方向(接線方向)にする、すなわちレチクルRに照射される露光光をS偏光にすることができる。光源としては、一例としてKrFエキシマレーザ光源が用いられている。光源として、KrFエキシマレーザ光源に限らず、ArFエキシマレーザ光源その他のレーザ光源は勿論、i線、g線などの紫外光を発する超高圧水銀ランプなどを用いても良い。なお、KrFエキシマレーザ光源、ArFエキシマレーザ光源などを用いる場合、光源そのものは、床下のユーティリティスペースに配置しても良い。この場合、第2部分照明系ユニット50Bの一端に配置される前述のビームマッチングユニットと光源との間に光学系を配置し、この光学系を介して、光源から射出されるレーザ光(露光光)をビームマッチングユニットに導いても良い。
第1部分照明系ユニット50Aの筐体52は、前端部にXY平面に対して45度を成す第1面52aを有し、後端部にXY平面に対して−45度を成す第2面52bを有する。第2面52bの内面側には、第2部分光学系の光路に沿って+Z方向に進行する照明光(波長248nmのKrFエキシマレーザ光)を反射して、その光路を90度折り曲げ、その進行方向を−Y方向に偏向する第1折り曲げミラーが設けられている。また、第1面52aの内側面には、第1部分光学系の光路に沿って−Y方向に進行する照明光(波長248nmのKrFエキシマレーザ光)を反射して、その光路を90度折り曲げ、その進行方向を−Z方向に偏向する第2折り曲げミラーが設けられている。
レチクルステージ装置60は、レチクルステージ定盤48上に配置された所定高さを有する平面視矩形枠状の枠状部材62と、枠状部材62の内部に配置され、少なくとも3自由度方向、すなわちY軸方向に所定ストロークで移動可能かつX軸方向及びZ軸周りの回転方向(θz方向)に微小移動可能なスライダ部材から成るレチクルステージRSTと、レチクルステージRSTをX軸、Y軸及びθz方向に駆動するレチクルステージ駆動系(図示省略)と、を備えている。レチクルステージRSTはその凹部(開口)内でレチクルRを保持する。例えば、ウエハに対する走査露光時には、レチクルステージRSTのY軸方向の移動によって、上述した第2折り曲げミラーによって進行方向を−Z方向に変更された照明光によってレチクルRのパターン領域の全面が照明される。
レチクルステージ駆動系は、例えば一対のリニアモータ(あるいは平面モータ)などの電磁モータによって構成することができる。レチクルステージ駆動系を構成する電磁モータは、可動子がレチクルステージRSTに設けられるとともに、固定子が枠状部材62に設けられる。
レチクルステージのXY平面内の位置情報(X、Y、θz)は、不図示の計測装置、例えばレーザ干渉計システム又はエンコーダシステムから成るレチクルステージ位置計測系によって計測されている。レチクルステージ位置計測系の計測情報は、ステージ制御系に供給されるとともに、ステージ制御系を介して露光装置100の構成各部を統括的に制御する主制御装置に供給されている。レチクルステージ位置計測系によって、3自由度方向の位置情報(X、Y、θz)に加え、Z、θx、θy方向の位置情報を計測しても良い。
枠状部材62は、レチクルステージ定盤48上に、その底面に設けられた複数のエアベアリング(図示省略)を介して数ミクロン程度のクリアランス(隙間、ギャップ)を介して、浮上支持されている。このため、レチクルステージRSTがレチクルステージ駆動系によってY軸方向に駆動されると、その駆動力の反力が枠状部材62に作用し、運動量保存の法則に従った距離だけ枠状部材62がレチクルステージRSTとは反対方向に移動する。すなわち、枠状部材62がカウンタマスとして機能する。したがって、レチクルステージ装置60では、レチクルステージRSTのY軸方向に関する移動によって、重心移動が生じず、レチクルステージ定盤48に偏荷重が作用することがない。
枠状部材の質量は、レチクルステージRSTの質量に比べて格段大きいので、枠状部材62が運動量保存の法則に従って移動する距離は、非常に小さい。また、レチクルステージRSTが、X軸方向、又はθz方向に微小移動する際にも、その駆動力の反力が枠状部材62に作用するが、その反力の作用によって枠状部材62が移動する距離は、無視できるほど小さい。なお、枠状部材62を、Y軸方向に移動可能なトリムモータが設けられていても良い。
ステージ装置10は、例えば図6に示されるように、ベースフレーム40の内側に、一対のYドライブユニット(Yリニアモータ)20Y1、20Y2それぞれの固定子23aの長手方向が、前壁40aと後壁40bとに直交し、一対のXドライブユニット(Xリニアモータ)20X1、20X2それぞれの固定子23cの長手方向が、前壁40aと後壁40bと平行となる向きで、床F上に設置されている。また、微動ステージ34には、ウエハホルダWHを介してウエハW(図6では不図示、図5参照)が吸着保持されている。本実施形態では、ウエハWが微動ステージ34に保持されるので、ステージ14を、ウエハステージと呼んでも良い。
メトロロジーフレーム44には、ウエハWを保持する微動ステージ34の5自由度方向(Z軸方向を除く各方向)に関する位置情報を計測するウエハレーザ干渉計システム(以下、ウエハ干渉計システムと略記する)70が取り付けられている。ウエハ干渉計システム70は、微動ステージ34に設けられた前述のXミラー(X移動鏡)36X、Yミラー(Y移動鏡)36Yに計測ビームを照射する、複数の干渉計によって構成され、各干渉計は、メトロロジーフレーム44に吊り下げ状態で取り付けられている。複数の干渉計は、例えば微動ステージ34のX軸方向及びθy方向の位置情報を計測する多軸干渉計から成るX干渉計、微動ステージのY軸方向、θz方向及びθx方向の位置情報を計測する多軸干渉計から成るY干渉計を含む。図1では、複数の干渉計のうち、Y移動鏡36Yに計測ビームを照射する干渉計が、代表的に、干渉計システム70として示されている。ウエハ干渉計システム70の各干渉計は、投影ユニットPUの側面に固定された固定鏡(参照鏡)38の位置を基準として、それぞれの測長軸について、微動ステージ34のX軸方向、Y軸方向の位置情報を計測する。ウエハ干渉計システム70は、Z軸方向の位置を計測するZ干渉計を含んでいても良い。ウエハ干渉計システム70の代わりにエンコーダシステムを用いて6自由度方向の微動ステージ34の位置情報を計測しても良い。
ウエハ干渉計システム70では、各干渉計が、メトロロジーフレーム44に取り付けられているので、各干渉計からは、X駆動ユニット、Yドライブユニットなどに遮られることなく、計測ビームがXミラー36X、Yミラー36Yに照射される。
ウエハ干渉計システム70の計測情報は、ステージ制御系に供給されるとともに、ステージ制御系を介して主制御装置に供給される。
メトロロジーフレーム44には、微動ステージ34に保持されたウエハW上に形成されたアライメントマークのXY平面内の位置情報を計測するオフアクシス方式のアライメント系(図示省略)、及び微動ステージ34に保持されたウエハWの光軸AXに平行なZ軸方向の位置情報を計測する焦点位置検出系(図示省略)などが、取り付けられている。アライメント系及び焦点位置検出系は、投影光学系PLからY軸方向の一側に離れてメトロロジーフレーム44に設けられる
アライメント系は、メトロロジーフレーム44に吊り下げ状態で支持されている。アライメント系ALGとしては、例えば、画像処理方式のアライメントセンサ、いわゆるFIA(Field Image Alignment)系が用いられている。このアライメント系は、指標中心を基準とするマークの位置情報を、主制御装置に供給する。主制御装置は、供給されたマークの位置情報と、ウエハ干渉計システム70からの計測情報とに基づいて、検出対象のマークの位置情報を計測する。
焦点位置検出系として、例えば特開平6−283403号公報(対応する米国特許第5,448,332号明細書)等に開示されるものと同様の照射系と受光系とから成る斜入射方式の多点焦点位置検出系が設けられている。
この他、露光装置100では、レチクルステージRSTの上方には、投影光学系PLを介してステージ14(微動ステージ34)上の一対の基準マークとこれに対応するレチクル上の一対のレチクルマークとを同時に検出するための露光波長の光を用いたTTR(Through The Reticle)方式のアライメント系から成る一対のレチクルアライメント系(図示省略)が設けられている。この一対のレチクルアライメント系としては、例えば特開平7−176468号公報(対応する米国特許第5,646,413号明細書)などに開示されるものと同様の構成のものを用いることができる。レチクルアライメント系を設けず、投影光学系PLを介してステージ14(微動ステージ34)の上面に配置されるスリットパターン上に投影される、レチクルRのマーク又はレチクルステージRSTの基準マークの像を検出する空間像検出装置を用いても良い。
ここで、防振ユニット421、422、423の構成について説明する。防振ユニット421、422、423のそれぞれは、内圧が調整可能なエアマウントと、アクチュエータ、例えばボイスコイルモータとが、並列(若しくは直列)に配置された構成になっている。防振ユニット421、422、423のそれぞれによって、ベースフレーム40を介して床F等からメトロロジーフレーム44(ひいては投影ユニットPU)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。なお、Gは重力加速度である。
さらに詳述すると、防振ユニット421、422、423(以下、総称として防振ユニット42と表記する)は、所定圧力の気体(例えば空気)が充填され、この空気の圧力によりメトロロジーフレーム44を介して投影ユニットPUを支持するエアマウント42A(図8参照)と、エアマウントが投影ユニットPUを支持するZ軸方向(Z方向)に電磁力で投影ユニットPUを駆動するボイスコイルモータ(駆動装置)42B(図8参照)とを主体に構成されている。本第2の実施形態に係る露光装置100で用いられる防振ユニット421、422、423と同様の構成の防振ユニットについては、例えば米国特許出願公開第2004/0083966号明細書等に詳細に開示されている。
図8には、3つの防振ユニット421、422、423を代表して、防振ユニット422の構成が、概略的に示されている。図8に示されるように、エアマウント42Aは、例えば第1気体室(第1空気室)72と、第1空気室72に配管(接続部)74を介して連通する第2気体室(第2空気室)76と、第1空気室72の内部空間の空気圧を検出する圧力センサ(検出装置)78と、第1空気室72の内部空間を加圧・減圧する空気圧調整装置(不図示)に接続され、その加圧・減圧を切り替えるサーボバルブ80と、圧力センサ78の検出結果に基づいてサーボバルブ80を制御する制御装置82とから概略構成される。制御装置82は、前述した主制御装置に接続されている。
第1空気室72は、ベースフレーム40の切除部412の内部底面上に配置された上部が開口した例えば有底円筒状の筐体71と、筐体71の内部に配置されたピストン73と、ピストン73を筐体71に対してZ軸方向に移動自在に支持するダイヤフラム75とによって区画されている。ピストン73は、メトロロジーフレーム44に固定されたブラケット452の下面に支持部材69を介して吊り下げ状態で設けられている。ピストン73は、第1空気室72の内部空間の空気圧に応じて支持部材71及びブラケット452を介してメトロロジーフレーム44(投影ユニットPU)を、Z軸方向に支持している。
第2空気室76は、ベースフレーム40、具体的には、側壁部40bの内部に設けられ、側壁部40bに形成された貫通孔内に配置された配管74を介して第1空気室72の内部空間と連通している。
ここで、エアマウントの空気ばねとしてのばね定数は、空気室の内圧P、ピストンの有効受圧面積Aの自乗に比例し、空気室の容積(ここでは第1空気室と第2空気室との合計の容積)に反比例することが知られている。ここで、第1空気室の容積をV1、第2空気室の容積をV2とすると、比例定数をαとして、ばね定数Kは、次式で表せる。
K=αPA2/(V1+V2) ……(1)
式(1)から明らかなように、エアマウントの空気室の容積が大きいほど低剛性のばねとなる。
式(1)から明らかなように、エアマウントの空気室の容積が大きいほど低剛性のばねとなる。
式(1)を変形すると、次式が得られる。
K/V1=αPA2/(1+V2/V1) ……(1)’
ここで、第1空気室の容積V1が一定だとすると、式(1)’から、ばね定数Kは、第1空気室の容積に対する第2空気室の容積の比(V2/V1)にほぼ反比例することがわかる。ただし、式(1)’の関数形から明らかなように、ばね定数Kは、(V2/V1)の増加とともに、直線的に減少するわけではない。容積の比(V2/V1)が大きくなるに従ってばね定数も小さくなり、空気ばねとしての剛性が低くなるが、容積の比(V2/V1)がある値(B1とする)を超えると第2空気室の容積増加分に比べてばね定数の減少分が微小となり剛性低下に対する効果が少なくなる。一方、容積の比(V2/V1)が小さい範囲では、第2空気室の容積増加分に比べてばね定数の減少分が大きく、剛性低下に対する効果は大きいものの、容積の比(V2/V1)がある値(B2とする)未満ではばね定数の絶対値が大きくなり、空気ばねとして許容される剛性を超える。そこで、本第2の実施形態では、容積の比(V2/V1)を、B2≦(V2/V1)≦B1の範囲に設定してある。
K/V1=αPA2/(1+V2/V1) ……(1)’
ここで、第1空気室の容積V1が一定だとすると、式(1)’から、ばね定数Kは、第1空気室の容積に対する第2空気室の容積の比(V2/V1)にほぼ反比例することがわかる。ただし、式(1)’の関数形から明らかなように、ばね定数Kは、(V2/V1)の増加とともに、直線的に減少するわけではない。容積の比(V2/V1)が大きくなるに従ってばね定数も小さくなり、空気ばねとしての剛性が低くなるが、容積の比(V2/V1)がある値(B1とする)を超えると第2空気室の容積増加分に比べてばね定数の減少分が微小となり剛性低下に対する効果が少なくなる。一方、容積の比(V2/V1)が小さい範囲では、第2空気室の容積増加分に比べてばね定数の減少分が大きく、剛性低下に対する効果は大きいものの、容積の比(V2/V1)がある値(B2とする)未満ではばね定数の絶対値が大きくなり、空気ばねとして許容される剛性を超える。そこで、本第2の実施形態では、容積の比(V2/V1)を、B2≦(V2/V1)≦B1の範囲に設定してある。
ボイスコイルモータ42Bは、電磁力によりメトロロジーフレーム44(投影ユニットPU)をZ軸方向に駆動するものであって、ベースフレーム40の切除部412の内部底面に突設された架台84とブラケット452との間に、エアマウント42Aとは独立して、且つ並列に配設されている。ボイスコイルモータを、エアマウントに対して直列に配設しても良い。図5においては、上で説明したエアマウント42A、ボイスコイルモータ42B等に加え、架台84を含んで、防振ユニット422として示されている。
残りの防振ユニット421、423は、それぞれベースフレーム40の切除部411、413内に配置される、すなわち防振ユニット422と異なる位置に配置されているが、上述した防振ユニット422と同様に構成されている。
本第2の実施形態に係る露光装置100では、レチクルステージ装置60を支持するレチクルステージ定盤48とは振動的に分離して、投影ユニットPUを支持するメトロロジーフレーム44が、3つの防振ユニット421、422、423によって下方から3点支持されている。このため、レチクルステージRST(レチクルR)と投影ユニットPUとの特にXY平面内の3自由度方向を除く、残りの3自由度方向の位置関係を所望の位置関係に保てなくなるおそれがある。
このため、露光装置100では、レチクルRと投影ユニットPUとのZ軸、θx、θyの各方向の位置関係(相対位置)が、計測装置によって計測され、その計測情報が制御装置に供給されるようになっている。計測装置としては、一例として例えばレチクルステージRSTに固定された移動鏡の上面と、投影ユニットPUの鏡筒の側面に固定された参照鏡の上面との間隔の変動量を3点で計測する干渉計システムを用いることができる。制御装置は、干渉計システムの計測結果よりレチクルステージRST(レチクルR)と投影ユニットPU(投影光学系PL)との間隔の変動量、及びレチクルステージRSTのXY平面内の2軸(例えばX軸、Y軸)の回りの傾斜角を求め、この結果に基づいて、3つの防振ユニット421、422、423を介して、メトロロジーフレーム44の高さ及び傾斜角を制御することで、結果的に、レチクルステージRST(レチクルR)と投影ユニットPU(投影光学系PL)とのXY平面内の3自由度方向を除く、残りの3自由度方向(Z軸、θx、θyの各方向)に関する位置関係を所望の位置関係に維持する。ここで説明した、計測装置の計測情報に基づく、3つの防振ユニット421、422、423の駆動制御(サーボ制御)は、レチクルアライメント時、露光時などレチクルステージRST(レチクルR)と投影ユニットPU(投影光学系PL)との3自由度方向(Z軸、θx、θyの各方向)に関する位置関係を所望の位置関係に維持する必要があるときに行われる。
次に、露光装置100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、アライメント系によるウエハWのマーク及びウエハステージ(ステージ14)の基準マークの検出や、焦点位置検出系によるウエハWの検出が行われた後、ウエハステージがY方向の一側から他側に移動されてウエハステージの基準マーク又はスリットパターンが投影光学系PLの下に配置され、レチクルアライメント系又は空間像検出装置によるレチクルRのマークの検出が行われる。これらの検出情報に基づき、例えばエンハンスト・グローバル・アライメントによってウエハ上で露光すべきショット領域毎にその位置情報が算出されるとともに、ショット領域の面情報(凹凸情報)も求められる。
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ウエハ干渉計システム70の計測値をモニタしつつ、粗動ステージ駆動系(Yリニアモータ20Y1、20Y2、及びXリニアモータ20X1、20X2)及び微動ステージ駆動系を制御してウエハWの第1ショットの露光のための走査開始位置にステージ14を移動する。
そして、レチクルステージ駆動系、粗動ステージ駆動系(及び微動ステージ駆動系)を介してレチクルステージRSTとステージ14とのY軸方向の走査を開始し、両ステージ(RST、14)がそれぞれの目標走査速度に達すると、照明系ユニット50からの照明光により、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軸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。
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RSTのY軸方向の移動速度と、ステージ14のY軸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、レチクルステージ駆動系及び粗動ステージ駆動系(及び微動ステージ駆動系)を介してレチクルステージRST及びステージ14が同期制御される。また、ショット領域毎にその走査露光中、先に算出したショット領域の位置情報に基づき、レチクルRのパターン像とショット領域とのアライメントが行われるとともに、ショット領域の面情報に基づき、パターン像とショット領域とのフォーカス・レベリング制御が行われる。
レチクルステージRSTの走査方向の加減速時の反力は、枠状部材62の移動により吸収され、レチクルステージ装置60における重心の位置がY軸方向において実質的に固定される。また、電磁モータの固定子が設けられた枠部材62とレチクルステージ定盤48との間の摩擦が零でない、あるいはレチクルステージRSTと枠部材62との移動方向が僅かに異なる等の理由で、レチクルステージ定盤48に微少な振動が残留した場合には、その残留振動はアダプタ461、462、463及びベースフレーム40を介して床Fに逃される。すなわち、ベースフレーム40は、リアクションフレームとしても機能する。
また、メトロロジーフレーム44においては、上述したように、レチクルステージRST、ステージ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、エアマウント及びボイスコイルモータ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、メトロロジーフレーム44(投影ユニットPU)を定常的に安定した位置に維持することができる。
また、上述したように、本第2の実施形態に係る露光装置100では、防振ユニット421、422、423のそれぞれにおいて、エアマウントを構成する第1空気室に接続された第2空気室がベースフレーム40に設けられているので、装置を大型化することなく容積の大きな低剛性の空気ばねを得ることができる。しかも、防振ユニット421、422、423のそれぞれでは、第1空気室の容積に基づいて第2空気室の容積を設定することで、空気ばねとして許容される剛性で、且つ容積増加に見合う剛性低下が得られる適切な容積設定が可能となっている。
なお、上記第2の実施形態では、第1空気室のみに圧力センサ及びサーボバルブを設ける構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば第2空気室のみに設ける構成や、第1、第2空気室の双方に設ける構成としても良い。
また、上記第2の実施形態では、露光装置100が、XY平面内の3自由度方向に可動なレチクルステージRSTを備えている場合について例示したが、これに限らず、レチクルステージを6自由度方向に可動な構成としても良い。この場合には、レチクルステージRST(レチクルR)と投影ユニットPU(投影光学系PL)との3自由度方向(Z軸、θx、θyの各方向)に関する位置関係を所望の位置関係に維持するために、3つの防振ユニット421、422、423の駆動(サーボ制御)とレチクルステージRSTの上記3自由度方向(Z軸、θx、θyの各方向)に関する駆動(サーボ制御)とを併用しても良い。
上記第2の実施形態に係る露光装置100の構成部分のうち、第2部分照明ユニット50Bと、アダプタ461、462、463より上の構成部分は、適宜、取り替えることができる。例えば、照明系ユニット50に代えて、光源に超高圧水銀ランプを用い、波長選択フィルタによりi線を取り出す光源系を備えた照明系ユニットを用いれば、i線スキャナを構成することができる。また、さらに、レチクルステージ装置60に代えて、レチクルをXY平面内で微小駆動のみが可能なレチクルステージ(レチクルホルダとも呼ばれる)を有するレチクルステージ装置を、用いればi線ステッパを構成することができる。
同様に、照明系ユニット50に代えて、ArFエキシマレーザ光源(出力波長193nm)を光源とし、これに適した照明系ユニットを用いれば、ArFスキャナを構成することができる。
あるいは、照明系ユニット50及びレチクルステージ装置60に代えて、例えば固体レーザを光源とする光源系と、例えばレーザ光を選択的に透過して投影光学系に入射させる、あるいは選択的に反射して投影光学系に入射させることで、任意の明暗パターンの像を生成可能なプログラマブルな空間光変調器から成る可変成形マスクを備えた光学系ユニットを用いれば、マスクレス方式の走査型露光装置(デジタルスキャナーとも呼ばれる)を構成することができる。
この他、照明系ユニット50及びレチクルステージ装置60に代えて、例えば国際公開WO2018/203508A1に開示されるようなビーム照射システム(500)と、マスク(M)を保持したマスクステージ(15)とを、用いるとともに、ステージ装置10の微動ステージ34に加工対象のワークを搭載すれば、上記国際公開に開示されるように、加工対象物に対する除去加工として、表面加工(研削、切削など)、溝加工(溝形成時の切削、形成後の表面研削など)、及び任意形状の切断、微細加工パターンの形成などあらゆる加工に1台で対応可能なレーザ加工装置を構成することができる。
上述した各種の露光装置、レーザ加工装置では、いずれの装置でも、レチクル、可変成形マスク、あるいは、マスク(M)と、投影光学系との光軸方向の離間距離の調整が必要なので、前述した3つのアクティブ防振ユニットによってメトロロジーフレームのZ軸、θx、θyの各方向の位置を調整可能な、前述のアダプタ46より下の構成部分(アダプタ46を含まない)を、これらの装置(光を用いて、基板(ウエハなど)あるいはワークなどのターゲットに対して目的に応じた所定の処理(露光又は加工など)を施すので光学処理装置と総称することができる)に共通のプラットホーム(光学処理装置を構成する基本部品の一連の組み合わせ(光学処理装置にとって必要不可欠な要素を持つ光学処理装置の基礎部分))と観念することができる。プラットホームは、基本構成部品とも言い換えることができる。
なお、ステージ装置として、ステージ装置10に代えて、他のステージ装置を用いることができるので、ステージ装置10の少なくとも一部を、プラットホームに含めても良いし、ステージ装置10の全部をプラットホームに含めなくても良い。あるいは、粗動ステージ32上には、微動ステージ34に代えて、その他の6DOFステージ(6DOFテーブル)を搭載することも可能なので、ステージ装置10から微動ステージ34を取り去った残りの構成部分を、プラットホームに含めても良い。
いずれにしても、プラットホームとして観念できる光学処理装置を構成する基本部品の一連の組み合わせは、上述した意味での光学処理装置に共通のプラットホームとして製品化することも可能である。かかるプラットホームの製品化により、露光装置、加工装置などの光学処理装置の分野で、開発コスト及び生産コストの削減を図ることができる。
10…ステージ装置、12…定盤、14…ステージ、20X1、20X2…X駆動ユニット、20Y1、20Y2…Y駆動ユニット、22X…Xクロスバー、22Y…Yクロスバー、24X…X連結部材、24Y…Y連結部材、26X…Xリニアガイド、26Y…Yリニアガイド、32…粗動ステージ、34…微動ステージ、W…ウエハ、100…露光装置、40…ベースフレーム、421、422、423…アクティブ防振ユニット、42A…エアマウント、42B…ボイスコイルモータ、44…メトロロジーフレーム、461、462、463…アダプタ、48…レチクルステージ定盤、50…照明系ユニット、72…第1空気室、76…第2空気室、IL…照明光、PL…投影光学系、PU…投影ユニット、RST…レチクルステージ。
Claims (20)
- 定盤と、
前記定盤上で少なくとも所定面内で互いに直交する第1方向及び第2方向に移動可能なステージと、
前記所定面に平行な第1面に前記第2方向を長手方向とする第1リニアガイドを有し、前記第1方向に移動可能な第1部材と、
前記所定面に垂直な方向に関して前記第1部材の前記第1面と対向して配置され、前記第1面と対向する面に前記第1方向を長手方向とする第2リニアガイドを有し、前記第2方向に可能な第2部材と、
前記第1部材を、前記第2方向を長手方向とした向きに維持し、前記第1方向に移動する第1駆動部と、
前記第2部材を、前記第1方向を長手方向とした向きに維持し、前記第2方向に移動する第2駆動部と、
一端が前記ステージに接続され、他端が前記第2リニアガイドに係合し、前記第2リニアガイドに沿って前記第1方向に移動可能な少なくとも1つの第1連結部材と、
一端が前記ステージに接続され、他端が前記第1リニアガイドに係合し、前記第1リニアガイドに沿って前記第2方向に移動可能な少なくとも1つの第2連結部材と、を備えるステージ装置。 - 請求項1に記載のステージ装置において、
前記第1駆動部は、前記第2方向に関して前記定盤を挟んで配置され、それぞれ前記第1部材の前記第2方向の一端部と他端部に前記第1方向の駆動力を与える一対の第1駆動ユニットを含み、
前記第2駆動部は、前記第1方向に関して前記定盤を挟んで配置され、それぞれ前記第2部材の前記第1方向の一端部と他端部に前記第2方向の駆動力を与える一対の第2駆動ユニットを含むステージ装置。 - 請求項2に記載のステージ装置において、
前記一対の第2駆動ユニットそれぞれから前記第1連結部材を介して前記ステージに与えられる駆動力による、前記ステージの前記所定面内における重心位置を中心とするモーメントの和は、零であるステージ装置。 - 請求項2又は3に記載のステージ装置において、
前記一対の第1駆動ユニットそれぞれから前記第2連結部材を介して前記ステージに与えられる駆動力による、前記ステージの前記所定面内における重心位置を中心とするモーメントの和は、零であるステージ装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載のステージ装置において、
前記第1連結部材は、一対設けられ、
前記一対の第1連結部材は、前記ステージの重心位置を通る前記第2方向の直線に関して対称に配置されているステージ装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載のステージ装置において、
前記第2連結部材は、1つ設けられ、前記ステージの重心位置を通る前記第1方向の直線上に配置されているステージ装置。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載のステージ装置において、
前記ステージは、少なくとも前記第1及び第2方向に移動可能な第1ステージと、前記第1ステージ上に搭載された前記第1、第2方向及び前記所定面に直交する第3方向を含む6自由度方向に可動な第2ステージと、を有するステージ装置。 - 基板を露光する露光装置であって、
ベースフレームと、
前記ベースフレーム上に三角形の各頂点位置に配置され、それぞれエアマウント及びアクチュエータを有する3つのアクティブ防振ユニットと、
前記3つのアクティブ防振ユニットを介して3点支持されたメトロロジーフレームと、
投影光学系を有し、前記メトロロジーフレームに支持された投影ユニットと、
前記ベースフレームにより、防振ユニットを介することなく支持されたマスクステージ定盤と、
前記マスクステージ定盤に少なくとも一部が支持された照明系ユニットと、
前記マスクステージ定盤上で、パターンが形成されたマスクを前記投影光学系の光軸に垂直な所定面内の3自由度方向に移動するマスクステージと、
前記基板を少なくとも前記3自由度方向に移動するステージ装置と、を備え、
前記3つのアクティブ防振ユニットは、前記メトロロジーフレームを少なくとも前記光軸に平行な方向に駆動し、前記マスクと前記投影光学系との前記光軸に平行な方向の離間距離を調整可能である露光装置。 - 請求項8に記載の露光装置において、
前記3つのアクティブ防振ユニットは、前記メトロロジーフレームを前記光軸に平行な方向に独立に駆動し、前記マスクと前記影光学系との前記光軸に平行な方向及び前記所定面内の直交二軸回りの回転方向の位置関係を調整可能である露光装置。 - 請求項8又は9に記載の露光装置において、
前記ベースフレーム上に搭載され、前記メトロロジーフレームの一部と非接触で係合した状態で前記マスクステージ定盤を支持し、前記3つのアクティブ防振ユニットによる前記メトロロジーフレームの前記光軸に平行な方向の駆動を許容するアダプタを、さらに備える露光装置。 - 請求項8〜10のいずれか一項に記載の露光装置において、
前記3つのアクティブ防振ユニットのそれぞれは、一部が前記ベースフレームの内部に配置された気体室を有する前記エアマウントを有する露光装置。 - 請求項11に記載の露光装置において、
前記気体室は、前記ベースフレーム上に配置された第1気体室と、該第1気体室に連通し前記ベースフレームの内部に配置された第2気体室と、を含む露光装置。 - 請求項8〜12のいずれか一項に記載の露光装置において、
請求項7に記載のステージ装置を、前記ステージ装置として備え、
前記第2ステージ上に前記基板が保持される露光装置、 - 光学系を介してエネルギビームを照射してターゲットに所定の処理を施す光学処理装置であって、
ベースフレームと、
前記ベースフレーム上の同一直上にない3点に配置され、それぞれエアマウント及びアクチュエータを有する3つのアクティブ防振ユニットと、
前記3つのアクティブ防振ユニットを介して3点支持され、少なくとも前記光学系を支持するためのメトロロジーフレームと、を含むプラットホームを、基本構成部品として有し、
前記ターゲットを少なくとも前記光学系の光軸と垂直な所定面内で互いに直交する第1及び第2方向に移動するステージ装置と、
前記ベースフレーム上に、防振部材を介することなく搭載され、パターニングデバイスを支持するための支持フレームと、を備え、
前記3つのアクティブ防振ユニットによって、前記光学系と前記パターニングデバイスとの前記光軸と平行な方向の位置関係を調整可能である光学処理装置。 - 請求項14に記載の光学処理装置において、
前記3つのアクティブ防振ユニットによって、前記光学系と前記パターニングデバイスとの前記所定面内の直交二軸回りの回転方向に関する位置関係をさらに調整可能である光学処理装置。 - 請求項14又は15に記載の光学処理装置において、
前記3つのアクティブ防振ユニットのそれぞれは、一部が前記ベースフレームの内部に配置された気体室を有する前記エアマウントを有する光学処理装置。 - 請求項14〜16のいずれか一項に記載の光学処理装置において、
前記ステージ上に前記ターゲットが保持される請求項1〜6のいずれか一項に記載のステージ装置を、前記ステージ装置として備える光学処理装置。 - 請求項14〜16のいずれか一項に記載の光学処理装置において、
前記第2ステージ上に前記ターゲットが保持される請求項7に記載のステージ装置を、前記ステージ装置として備える光学処理装置。 - 請求項17又は18に記載の光学処理装置において、
前記ステージ装置は、少なくとも一部が前記プラットホームの一部を兼ねる光学処理装置。 - 請求項14〜19のいずれか一項に記載の光学処理装置が備えるプラットホーム。
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