JP2753893B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体素子製造などに用いられる露光装置に
関し、特には装置本体の位置及び振動の制振を行なうた
めのアクチュエータを有する露光装置に関するものであ
る。

［従来技術］ 半導体素子の微細化と高集積化はとどまることを知ら
ず進歩を続けている。半導体素子製造に用いられる露光
装置としては、逐次移動型投影露光装置いわゆるステッ
パーと呼ばれる装置が主力機種であり、今後の超微細デ
バイスの製造においてもその座を譲らないであろうと予
測されている。そのため、素子の微細化のためにステッ
パーの解像力を向上させることは、今後さらに強い要求
となる。

解像力はレイリーの式にのっとり、 Re＝ｋ・λ/NA で表わされる。そこで従来は、露光波長をｇ線（波長43
6nm）に固定したまま、投影レンズの開口数（NA）を大
きくすることで解像力の向上を図ってきた。しかし、NA
の増加と共に焦点深度が減少し、他方投影レンズの設
計、製造も限界に達したため、今後のサブミクロン世代
を担うためには露光光の波長を短くせざるをえない状況
になってきている。現在ｉ線（波長365nm）ステッパー
は実用化の段階に入っており、その次の世代にはKrFエ
キシマレーザー（波長248nm）を光源とするエキシマス
テッパーが要望視されている。

しかし、ここでエキシマステッパーを実用化するにあ
たり、従来のステッパーにない問題も生じている。エキ
シマレーザー光源は、ｇ線やｉ線を発光する高圧水銀灯
光源に比べかなり大型な光源ユニットになる。そのため
従来のように、露光装置本体にエキシマレーザー光源を
載置した場合、露光装置の大型化および大重量化を招く
ことになり実用上好ましくない。そこで、光源をステッ
パー本体とは別置きに配置することが有効な対策とされ
る。しかしながら、このようにステッパー本体と光源を
分離することにより、両者の相対的位置関係が露光装置
の基本性能に大きく影響を与えることになる。例えば、
ステッパーの姿勢変化に伴う相対位置関係の変化により
レーザー光の光軸偏差や入射角偏差が生じる。そして、
それに起因した照度ムラ発生により、露光精度劣化や照
度の劣化によるスループットの低下などの問題が起き
る。レーザービーム径の大径化などの対策方法もある
が、結果的にはスループットの低下というデメリットと
なる。

一方、解像力、スループットおよびアライメント精度
を高める手段の一つとして、ステッパーの制振技術の向
上がある。ステッパーで問題となる振動には周辺環境
（床等）からの伝達振動、および装置内可動部より発生
する振動がある。これらの振動を抑える技術として、従
来は、装置本体を支持するマウント部にバネ力と減衰力
を持たせた除振台が利用されている。すなわち、床から
の振動は、マウントのバネ定数を下げることにより装置
の共振周波数を下げ、振動絶縁領域を広くして伝達率を
低く抑えている。また、装置内部で発生する振動に対し
ては、マウント部の減衰率を高めることで振動エネルギ
ーを散逸させ、短時間での収束安定を果たしている。

また、近年上記のようなバネ定数および減衰率固定式
の単純マウントに代わり、フィードバック制御系をもち
可変復元力を発生するマウント（以後、サーボマウント
と呼ぶ）が市販されている。このサーボマウントは、マ
ウントにより支持される装置本体の加速度の計測値に基
づき、振動の減衰を強めるように位相補正された力を電
磁力または流体圧によるアクチュエータで発生させ、装
置の無共振化と制振効果を図ったもので、現在精密機器
の制振支持装置として用いられている。

これらの単純マウントやサーボマウントは、装置の制
振のためにその効果を発揮してきたが、対象がステッパ
ーの場合には次のような問題を生じている。ステッパー
は装置上のXYステージがステップ移動を行うため、装置
本体の重心が逐次変化する。このため、前述の従来用い
られているマウントを制振支持装置として使用する場
合、ステップ動作毎に異なる状態で発生する振動を短時
間で制振することが困難となり、常にステッパを所定の
姿勢に維持することが困難となる。したがって、前述し
た別置き型光源を用いた場合には、このステッパーの姿
勢変化により光源装置とステッパーとの相対位置の変化
が残ることとなり、レーザー光入光部での光軸偏差を起
こす原因となる。

［本発明が解決しようとしている課題］ 従来側では、装置本体の水平レベルを保持するため
に、制振マウントにオートレベリング機構をもたせたも
のもある。例えば、エアバネを用いたマウントの場合、
複数のマウント脚部が、それぞれ独立で鉛直方向位置の
設定値に対する偏差量に比例してメカ機構によるバルブ
の開閉を行い、これにより装置本体の水平を保持してい
る。

しかしながら、この従来例では、メカ機構のヒステリ
シスのためエキシマステッパーで要求する姿勢保持精度
数百μｍを実現するのは困難である。さらに、鉛直方向
のみならず水平方向の位置決めに至っては、上記の制振
マウントでは全く対処できない。

本発明は、上述の従来形における問題点に鑑み、装置
本体部の振動を短時間で減衰させるとともに、別置きの
光源と露光装置本体部との相対位置関係の変化による露
光精度の劣化や露光光の照度の劣化を抑えた高精度で高
スループットの露光装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段および作用］ 上記の目的を達成するため、本発明は、光源からのレ
ーザ光で原板（レチクル３）を照明して前記原板上のパ
ターンを基板（ウエハ７）上の複数領域に投影光学系
（投影レンズ５）を介して順に投影露光するために前記
基板をステップ移動させる露光装置において、前記投影
光学計を支持する鏡筒定盤（鏡筒定盤６）を空気バネ
（エアばね18）を用いて支持する複数のマウント（マウ
ント12）と、前記マウントのそれぞれを固定する固定フ
レーム（マウントフレーム20）と、前記鏡筒定盤の振動
を検出する振動検出器（加速度ピックアップ17）と、前
記振動検出器の検出出力に基づいて発生される前記鏡筒
定盤の振動を制振するための力を前記固定フレーム側か
ら前記鏡筒定盤に作用させるアクチュエータ（Ｘ方向ア
クチュエータ14、Ｙ方向アクチュエータ15、またはＺ方
向アクチュエータとしてのエアばね18）と、前記光源に
対する前記鏡筒定盤の相対位置を検出する位置検出器
（光軸位置検出部13）と、前記位置検出器の検出出力に
基づいて前記光源に対して前記鏡筒定盤が所定の相対位
置関係となるように前記アクチュエータを制御する制御
手段（マウント制御装置32）を有することを特徴として
いる。

またより好ましくは、前記振動検出器は前記鏡筒定盤
のX,Y,Zの各方向の振動を検出し、前記アクチュエータ
は前記鏡筒定盤をX,Y,Zの各方向に関して制振及び位置
決めすることを特徴としている。

このような本発明によれば、装置本体としての鏡筒定
盤の振動を短時間に制振できると共に、例えば別置きさ
れた光源に対する装置本体の相対位置または絶対位置を
正確に位置決めし、装置本体の位置を常に所望の状態に
維持できる。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る露光装置の基本構
成を表す装置正面図である。また、第２図はこの露光装
置のマウント部詳細図、第３図はマウント部アクチュエ
ータ装置を示すマウント部平面図、第４図はレーザー光
導入口の位置検出部詳細図である。

第１図において、１は入光部（レーザー光導入部）よ
り入光したレーザービームをレチクル上部まで導くとこ
ろの照明系、13は照明系１の一部で導入されたレーザー
光の光軸位置を検出する位置検出部、２はレチクル基準
マークに対するレチクル位置の検出およびレチクルに対
するウェハ位置の検出をするところのアライメントスコ
ープ、３は転写すべきパターンを有するレチクル、４は
レチクル３およびアライメントスコープ２を支持する外
筒、５はレチクル３上に形成されたパターンをウェハ上
に縮小投影する投影レンズ、６は投影レンズ５、照明系
１および外筒４を支持する鏡筒定盤、７はウェハ、８は
ウェハ７を支持しＸ方向に移動可能なＸステージ、９は
Ｘステージ８を支持しＹ方向に移動可能なＹステージ、
10はＹステージ９を支持するステージ定盤、11は鏡筒定
盤６およびステージ定盤10を支持する基礎定盤である。

本発明の説明において、装置本体部の姿勢および絶対
位置とは、この基礎定盤11が支持する構成要素を一つの
剛体と見なし６自由度の値（X,Y,Z方向とX,Y,Z方向それ
ぞれの回転方向）で表現される位置を指す。12は基礎定
盤11を支持するマウントで、基礎定盤11の４隅に固定さ
れたそれぞれ４つのユニットはフレームで結合されてお
り、本実施例の特徴とする要素である。

31はこの露光装置全体の動作を制御する制御装置、32
は主として４つのマウント12の動作を制御するマウント
制御装置、33は４つのマウント12のそれぞれのアクチュ
エータを駆動する駆動装置を示す。

次に、第１図の構成において、この露光装置の動作を
説明する。

不図示のウェハ搬送系によりウェハ７がXYステージ8,
9に搬送されると、制御装置31からウェハ７の露光すべ
き位置（露光開始位置）にステップ動作するための駆動
信号が出力される。それに応じて、ＸまたはＹステージ
8,9がステップする。ステップ終了時に、アライメント
スコープ２により最終的な位置計測が行われ、その信号
のフィードバックによりステージ8,9の位置決めは完了
する。

一方、床からの振動やステージ移動にともなう振動
は、後述するようにマウント12により計測され加速度信
号としてマウント制御装置32にフィードバックされる。
これにより素早い制振が行われる。

次に、不図示の光源装置（露光装置本体部とは別置
き）と露光装置本体部との相対位置は、レーザー光入光
部の光軸位置検出部13にて検出される。光軸位置検出部
13からの位置信号はマウント制御信号32に入力される。
この位置信号に基づいて、マウント制御信号32はマウン
トのアクチュエータを制御する。これにより、装置本体
部の位置決めが行われる。

制振と位置決めが完了するとマウント制御装置32は制
御装置31に完了信号を送る。アライメントスコープ２と
マウント制御装置32から完了信号を受け取った制御装置
31は、レーザー光源である光源装置の発光の指令信号を
出す。光源より発光したレーザー光は、露光装置本体部
の照明系１、レチクル３、投影レンズ５を通ってウェハ
７に照射され、これによりウェハ７が露光される。

さらに第２図および第３図を参照して、第１図の露光
装置のマウント12について詳しく説明する。なお、これ
らの図において第１図と同一の付番は同一の部材を示す
ものとする。

この実施例の露光装置は、４基のマウント12を備えて
いる。各々のマウント12はマウントフレーム20によって
固定されている。各マウント12は３方向のアクチュエー
タを有する。Ｚ方向（鉛直方向であり第３図の紙面に垂
直な方向）アクチュエータ18としてはエアバネアクチュ
エータなどを用いることが可能である。また、Ｘ方向ア
クチュエータ14およびＹ方向アクチュエータ15として
は、ボイスコイル型アクチュエータ、エアシリンダ型ア
クチュエータまたはエアバネアクチュエータなどを用い
ることが可能である。

これらのX,Y,Z方向のアクチュエータ14,15,18の取付
においては、５自由度の力を逃がす構造が必要である。
本実施例においては以下のようにしている。まず、Ｚ方
向は従来のサーボマウントと同様に、積層ゴム16を間に
介してエアバネ18をマウントフレーム20に弾性支持する
ようにしている。これにより、X,Y方向のスラスト力お
よびX,Y,Z方向の回りの回転力を逃がしている。また、
Ｘ方向およびＹ方向については、４基のマウント12がマ
ウントフレーム20に固定支持されているため、アクチュ
エータ14,15から基礎定盤11の力作用点までをロッド21
を介して接続するようにしている。

これにより、スラスト力や回転力をロッド21の変形に
より吸収し逃がしている。露光装置本体部の姿勢変化
は、現在マウント部の変位量で最大数ミリ程度にするこ
とが可能なので実用上上記の機構で充分である。

17は加速度ピックアップ、19はサーボバルブを示す。

次に、第４図を参照して、第１図の露光装置の位置検
出部13について説明する。同図は照明系１の一部である
レーザー光導入部の詳細を示している。位置検出部13は
光源装置からのレーザー光を用いて光源装置と露光装置
本体部との相対位置を検出するユニットである。

相対位置検出時には、はね上げミラー22を上げた状態
とする。このとき、入光したレーザー光はハーフミラー
23に入射し、直進して透過する光と反射する光との２方
向に分かれる。直進したレーザー光は、フーリエ変換レ
ンズ24を介して傾き検出センサ16に入射する。傾き検出
センサ26によりレーザー光の光軸の傾きが検出される。
もう一方のレーザー光は、結像レンズ25を介して位置検
出センサ27に入射する。位置検出センサ27によりレーザ
ー光の光軸の位置偏差が検出される。これらの検出信号
はマウント制御装置32に送出され、位置決めのためのフ
ィードバック信号となる。ウェハ露光時には、ばね上げ
ミラー22が降り、照明系１にレーザー光を導く動作をす
る。

再び第２、３図を参照して、本実施例の露光装置にお
いて、振動制御のためのセンサとしては加速度ピックア
ップセンサ16を用いている。加速度ピックアップセンサ
17はマウント12内の可動部（基礎定盤と一体である部
分）に取り付けられている。

本実施例の第３図のように、４基のマウント12を、第
１マウント12−１、第２マウント12−２、第３マウント
12−３および第４マウント12−４と呼ぶこととする。Ｚ
方向の加速度ピックアップ17は４基のすべてのマウント
12に取り付けた。Ｘ方向の加速度ピックアップ17は、第
１マウント12−１と第３マウント12−３に取り付けた。
Ｙ方向の加速度ピックアップ17は、第２マウント12−２
と第４マウント12−４に取り付けた。これらの加速度ピ
ックアップ17からの信号はマウント制御装置32にフィー
ドバックされる。

次に、４基のマウント12のアクチュエータ動作につい
て説明する。Ｚ方向の運動とＸ軸回りそしてＹ軸回りの
運動に関しては、４機のマウントのＺ方向アクチュエー
タにより制振と位置決めが行われる。XY面内の運動に関
しては、対向した同一方向のアクチュエータ（例えば、
第１マウント12−１のＸ方向アクチュエータ14と第２マ
ウント12−２のＸ方向のアクチュエータ14）を１対とし
て、XYの４対から発生する力でコントロールされる。Ｘ
方向の運動に関しては、２対のＸ方向アクチュエータ14
で制振と位置決めが行われる。同様に、Ｙ方向は２対の
Ｙ方向アクチュエータ15で制振と位置決めが行われる。
そして、Ｚ軸回りの運動に関しては、２対のＸ方向およ
び２対のＹ方向アクチュエータ14,15からそれぞれ発生
させることのできる偶力によって制振と位置決めが行わ
れる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、空気バネを用
いた複数のマウントで支持されている鏡筒定盤の振動を
制振するためのアクチュエータの力を各マウントを固定
する固定フレーム側から鏡筒定盤に作用させると共に、
該アクチュエータを用いて装置本体としての鏡筒定盤の
光源に対する位置決めを行なうようにしているので、鏡
筒定盤の振動を常に短時間で減衰させることができると
共に、その光源に対する位置を常に所定に維持できる。
このため、本発明によれば、高精度且つ高スループット
な露光装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る露光装置の全体図、 第２図は、第１図の露光装置のサーボマウント詳細図、 第３図は、第１図の露光装置のサーボマウントにおける
アクチュエータ配置を示すマウント部平面図、 第４図は、レーザー光入口部の相対位置を検出する位置
検出部の詳細図である。 1:照明系、 2:アライメントスコープ、 3:レチクル、 5:投影レンズ、 7:ウェハ、 8:Xステージ、 9:Yステージ、 10:ステージ定盤、 12:マウント、 13:光軸位置検出部、 14:X方向アクチュエータ、 15:Y方向アクチュエータ、 18:Z方向アクチュエータ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からのレーザ光で原板を照明して前記
   原板上のパターンを基板上の複数領域に投影光学系を介
   して順に投影露光するために前記基板をステップ移動さ
   せる露光装置において、前記投影光学系を支持する鏡筒
   定盤を空気バネを用いて支持する複数のマウントと、前
   記マウントのそれぞれを固定する固定フレームと、前記
   鏡筒定盤の振動を検出する振動検出器と、前記振動検出
   器の検出出力に基づいて発生される前記鏡筒定盤の振動
   を制振するための力を前記固定フレーム側から前記鏡筒
   定盤に作用させるアクチュエータと、前記光源に対する
   前記鏡筒定盤の相対位置を検出する位置検出器と、前記
   位置検出器の検出出力に基づいて前記光源に対して前記
   鏡筒定盤が所定の相対位置関係となるように前記アクチ
   ュエータを制御する制御手段を有することを特徴とする
   露光装置。
2. 【請求項２】前記振動検出器は前記鏡筒定盤のX,Y,Zの
   各方向の振動を検出し、前記アクチュエータは前記鏡筒
   定盤をX,Y,Zの各方向に関して制振及び位置決めするこ
   とを特徴とする請求項１に記載の露光装置。