JP3814453B2

JP3814453B2 - 位置決め装置、半導体露光装置およびデバイス製造方法

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Publication number: JP3814453B2
Application number: JP2000002495A
Authority: JP
Inventors: 俊哉浅野; 隆夫宇梶
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Priority date: 2000-01-11
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2006-08-30
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光装置、検査装置等に使用され、露光原版、被露光物、被検査物等を所定の位置に位置決めする位置決め装置およびこれを用いた半導体露光装置ならびにこれを用いたデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子製造に用いられる露光装置として、ステッパと呼ばれる装置とスキャナと呼ばれる装置が知られている。ステッパは、ステージ装置上の半導体ウエハを投影レンズ下でステップ移動させながら、レチクル上に形成されているパターン像を投影レンズでウエハ上に縮小投影し、１枚のウエハ上の複数箇所に順次露光していくものである。スキャナは、ウエハステージ上の半導体ウエハとレチクルステージ上のレチクルとを投影レンズに対して相対移動させ、走査移動中にスリット状の露光光を照射し、レチクルパターンをウエハに投影するものである。ステッパおよびスキャナは、解像度および重ね合せ精度の性能面から露光装置の主流とみられている。
【０００３】
図５は、従来の露光装置の一例を示す。この露光装置は、工場の床に設置されるベースフレーム１上に構成される。ベースフレーム１によって支持された鏡筒定盤２には縮小露光系３および露光原版であるレチクルを搭載するレチクルステージ４、不図示のアライメント光学系等が設けられている。鏡筒定盤２は、装置が設置される床の振動の影響を排除するため、空気ばねなどを用いた除振機構５上に載せられている。レチクルステージ４は、露光装置がステッパ型の場合は微少駆動されるのみであるが、走査型の場合は後述するウエハステージ６と同期をとりながら走査駆動される。
【０００４】
ベースフレーム１上にはウエハステージ定盤７が置かれ、ウエハステージ定盤７はウエハステージ６の水平方向のガイドの役割をする。ウエハステージ６は水平面内でウエハを移動するべく、直交する２方向（ＸおよびＹ方向とする）に運動可能な２つのステージ、すなわちＹ方向に運動可能なＹステージおよびその上のＸ方向に運動可能なＸステージで構成されている。ＸおよびＹステージとウエハステージ定盤７の間ならびにＸステージとＹステージの間には静圧軸受けが構成されており、運動方向には非常に低摩擦かつ運動平面の直角方向には高剛性に支持されている。よって、Ｙステージを駆動すると、ＸステージはＹステージと一体となって運動する。Ｙステージには磁石で構成されたリニアモータの可動子が設けられており、この可動子と、ステージ定盤７に設けられたリニアモータ固定子（コイルが構成されている）との間で推力が発生することによりＹステージが駆動する。Ｘステージには、同様にリニアモータ可動子が設けられており、この可動子と、Ｙステージに構成されたリニアモータ固定子との間で推力が発生する。Ｙステージに加わるＸステージの駆動反力はステージ定盤７に構成されたガイドで受けられるので、結果的にＸステージは定盤７に対してＸ方向に駆動される。
【０００５】
Ｘステージ上には、ＸＹ平面内の回転方向およびＸＹ平面の法線方向ならびにＸ軸周りの回転およびＹ軸周りの回転の各方向に微少位置決め可能な微動ステージ８が構成されている（ここでは詳細は省く）。露光されるウエハは微動ステージ８上の不図示のウエハチャックに載せられる。ウエハステージ６の位置計測には高分解能のレーザ干渉計が用いられる。ウエハステージ６の高精度の位置決めを行うために、不図示のステージ制御系が構成されている。ステージ制御系は不図示の主制御器から生成されるステージ位置目標値と前記レーザ干渉計のウエハステージ位置計測値とに基づいて、ウエハステージ６のアクチュエータに駆動指令信号を送る。この駆動指令信号に基づき、ウエハステージ６の各リニアモータは不図示のリニアモータ駆動アンプにより所定の方向に推力を発生する。
【０００６】
露光装置の性能の指標の１つとして、単位時間当りのウエハ処理枚数（スループット）がある。ウエハステージ６の移動は、ウエハを交換する際、アライメント（ウエハと露光系の位置合せ）を行う際、ウエハの各ショット位置（露光される部位）を露光位置に移動する際に行われ、１枚のウエハ処理においてウエハステージ６の移動時間は大きな部分を占める。したがって、スループット向上のためにはウエハステージ６のＸＹ方向移動に要する時間を短くすることが要求される。ウエハステージの高速移動を行うには、移動速度を上げるとともに加減速も大きくする必要がある。ウエハステージ６の駆動力はウエハステージ６の質量と加速度の積で定まり、その反力であるＹステージ駆動反力はステージ定盤７を介してベースフレーム１および床に伝わる。Ｘステージ駆動反力はＹステージおよびステージ定盤７を介してベースフレーム１および床に伝わる。ステージ駆動反力が大きくなるとベースフレーム１や床が加振されてしまい、ウエハステージ６自体の位置決め精度を悪化させるばかりでなく、除振機構の性能に限度があるので鏡筒定盤２にも振動が伝わり、露光精度に影響を与えてしまう。また、露光装置に隣接して設置される他の装置へも振動の影響を及ぼしてしまう。
【０００７】
ベースフレーム１および床にステージ駆動反力を与えない方法として、図６のような従来技術が知られている。定盤９が床上に水平方向に運動自由に支持されており、ステージ１０が定盤９上に水平方向に運動自由に支持されている。定盤９とステージ１０の間にｆなる駆動力が作用したとする。このときステージ１０の質量をｍ、定盤９の質量をＭとすると、ステージ１０には加速度α＝ｆ／ｍが作用し、定盤９にはステージ１０とは反対方向に加速度β＝ｆ／Ｍが作用する。すなわち、質量の逆比でステージ１０と定盤９が運動する。この場合、駆動反力は各々の加速度となって相殺された形となり、床には伝わらない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図６の構成の場合、ステージ１０は定盤９と常に相対的に動くので、系の外から見たステージ１０の位置、例えば床を計測基準とした際のステージ１０の位置と、ステージ１０と定盤９との相対的位置は常にある決まった関係になければならない。すなわち、図７に示すように、計測系基準１１を基準とするステージ１０のＹ方向変位Ｙｓと定盤９のＹ方向変位Ｙｂには、数３式の関係が常に成立していなければならない。
【０００９】
【数３】

しかし、数３式の関係は理想状態においてのみ成立するものであり、容易に崩れ得る。ステージ１０は、計測系の位置測定信号に基づいてフィードバック制御を行えば、所望の位置に位置決めすることができる。これに対して定盤９は完全に受動的であり、ステージ１０の駆動反力によって運動するのみである。
【００１０】
定盤系には、数３式の関係を崩す要因として、次のような外乱が考えられる。まず、定盤９を床上に水平方向に移動自由に支持するガイドには摩擦が存在するが、この摩擦が移動方向により異なることが考えられる。また、駆動コイルの配線などがばね系として作用する。さらに、定盤９を支持する床面が完全な水平面とは限らない。ステージ１０の静止時に定盤９が床の低い方へ変位してしまうほどの傾斜は無いとしても、ステージ１０の運動方向により定盤９の移動する距離が異なってくる。さらに、ステージ１０が加速の小さな低速移動をした場合、ステージ１０の駆動反力が定盤９の静止摩擦よりも小さいときには定盤９は全く動かない。よって、ステージ１０の低速移動を繰り返し行うことによって、ステージ１０と定盤９との数３式による位置関係はずれてしまう。極端な場合、図８のような状態となり、ステージ１０は、＋Ｙ方向にはそれ以上移動できなくなってしまう。
【００１１】
そこで本発明は、上記問題点を克服して数３式を常に成立させ、駆動反力を床等に及ぼさないステージ装置等の位置決め装置およびこれを用いた半導体露光装置ならびにこれを用いたデバイス製造方法を提供することを課題としている。また、移動ステージとステージ定盤が所定の相対位置関係を維持し、移動ステージの可動範囲を所定の値に維持できるようにすることを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため、本発明の位置決め装置は、基準面に沿って移動自在に支持された第１および第２の移動体と、前記第１および第２移動体間で所定の方向の力を発生させる第１の駆動機構と、前記基準面と第２移動体との間で前記所定方向と平行な方向の力を発生させる第２の駆動機構と、前記第１駆動機構を用いて前記第１移動体を位置決め制御する第１移動体制御系と、前記第２駆動機構を用いて、前記第１移動体制御系による制御に同期して前記第１移動体と逆方向に移動するように前記第２移動体を位置決め制御する第２移動体制御系とを具備することを特徴とする。
【００２９】
本発明の第１の半導体露光装置は、前記いずれかの位置決め装置を搭載したことを特徴とする。
【００３０】
第２の半導体露光装置は、第１の半導体露光装置において、前記位置決め装置は露光されるウエハを位置決めするために使用されるものであることを特徴とする。
【００３１】
第３の半導体露光装置は、第１または第２の半導体露光装置において、前記位置決め装置は露光に使用するレチクルを位置決めするために使用されるものであることを特徴とする。
【００３２】
そして、本発明のデバイス製造方法は、前記いずれかの露光装置を用い、その位置決め装置における第１移動体の移動による反力を第２移動体によって吸収しながらウエハに露光を行う工程と、露光されたウエハを現像する工程とを具備することを特徴とする。
【００３３】
これら本発明の構成において、第１移動体を位置決め制御する際、第１移動体からの反力は、第２移動体が第１移動体の移動位置に対して一定の位置関係となるように第２移動体を移動させようとする。その際、従来は、第２移動体とガイド間の摩擦等の外乱の影響により、必ずしも前記一定の位置関係とはならなかった。これに対し、本発明の第１の位置決め装置およびその構成を含むものにおいては、第２移動体を第１移動体の位置決め制御に同期して位置決め制御する第２移動体制御系を具備しているため、この第２移動体制御系により、前記一定の位置関係が確保されるように第２移動体の位置が制御される。その際、特に上記数４式が成立するような制御が行われると、前記摩擦等の外乱がまったくない場合に反力によって第１移動体が位置する理想的な位置に第２移動体の位置が制御され、これによって、第１移動体からの反力が第２移動体により完全に吸収されることになる。
【００３４】
本発明の第５の位置決め装置およびその構成を含むものにおいては、第１移動体および第２移動体が所定の位置関係、たとえば数５式を満足するような位置関係にある場合は、従来と同様に、第１移動体からの反力は、第２移動体が第１移動体の移動位置に対してそのような位置関係を満足するように第２移動体を移動させることにより吸収される。しかし、このような位置関係が崩れ、第２移動体の移動範囲が第２移動体の移動ストロークの範囲内に収まらなくなると、第１移動体からの反力を吸収できなくなる。そのような事態に陥る可能性は、第２移動体位置計測系により第２移動体の前記所定方向の位置を計測することにより未然に検出される。そして、これが検出された場合には、第２移動体位置固定機構により第２移動体を固定しながら、第１移動体の位置をたとえば前記数５式のような位置関係となるように調整することにより、前記事態に陥る可能性が排除される。
【００３５】
【実施例】
図１は本発明の一実施例に係るウエハステージの上面図、図２はその正面図である。図３はこのウエハステージを搭載した露光装置の正面図である。これらの図に示すように、ウエハステージ６を支持するステージ定盤７は、静圧軸受けを介して床上に剛に設置された露光装置のベースフレーム１上に設けられている。ベースフレーム１の上面は鏡面加工されており、ステージ定盤７の底の静圧軸受け１２によりステージ定盤７は水平方向にほとんど摩擦が無く移動自由に案内されている。ステージ定盤７上にはウエハステージ６を構成するＹステージ１３が設けられている。Ｙステージ１３の底面およびヨー方向ガイド面には与圧磁石と静圧軸受け１２で構成された高剛性の静圧案内が設けられている。ステージ定盤７の上面およびステージ定盤７に固着されたヨー方向ガイド１４のステージ側面は鏡面加工されており、Ｙステージ１３はステージ定盤７に対してＹ方向に移動自由に案内されている。
【００３６】
ステージ定盤７にはＹ方向に２本のＹリニアモータ固定子（コイルからなる）１５が設置されている。Ｙステージ１３はＹリニアモータ可動子（磁石よりなる）１６との間を連結板で固定されており、リニアモータによる推力でＹ方向に駆動力を得る。このＹ方向駆動力の反力は、リニアモータ固定子１５を介してステージ定盤７に伝わる。Ｙステージ１３を囲むようにＸステージ１７が設置されており、Ｘステージ１７の底にはＹステージ１３と同様に静圧案内が構成されている。また、Ｘステージ１７とＹステージ１３との間には静圧軸受けからなる静圧案内が構成されており、Ｘステージ１７はＹステージ１３に沿ってＸ方向に移動し、Ｙステージ１３がＹ方向に移動するとＸステージ１７はＹステージ１３に追従して移動する。Ｙステージ１３上にはＸ方向に設けられたＸリニアモータ固定子（コイルよりなる）があり、Ｘステージ１７に設けられたＸリニアモータ可動子（磁石よりなる）とによりＸ方向に推力を発生するＸリニアモータが構成されている。Ｘリニアモータの駆動力はＸステージ１７を駆動するとともに、その反力は、Ｙステージ１３およびヨー方向ガイド１４を介してステージ定盤７に伝わる。
【００３７】
Ｘステージ１７上にはＸＹ平面内の回転であるωｚ方向、Ｚ方向、およびＸＹ軸の各々の軸周りの回転方向であるωｘとωｙ方向に微少移動可能な微動ステージ８が構成されている。この微動ステージ８の構成は例えば特開平８−２２９７５９号公報に記載のような構成となっている。微動ステージ８のＸＹ方向はＸステージ１７と高剛性に結合された構成である。微動ステージ８上には微動ステージ８のＸＹ方向変位を測定するためのＸ干渉計ミラー１９およびＹ干渉計ミラー２０が設置されている。これらのミラーを用いて鏡筒定盤２すなわちウエハステージＸレーザ干渉計基準２２等を計測基準とするレーザ干渉計により微動ステージ８のＸＹ方向変位が計測される。これらの干渉計によりωｚ、ωｘおよびωｙ方向の計測も行えるが、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３８】
ステージ定盤７のＸ方向のおよそ重心位置の延長線上には、Ｙ方向のステージ定盤７駆動用のＹ定盤リニアモータ可動子（コイルからなる）２３が設けられ、Ｘ方向にはステージ定盤７のＹ方向の重心位置を挟む形に配置された２つのＸ定盤リニアモータ可動子（コイルからなる）２４が設けられている。これらはベースフレーム１に設置されたＹ定盤リニアモータ固定子（磁石）２５およびＸ定盤リニアモータ固定子（磁石）２６とともに、ステージ定盤７をそれぞれＹおよびＸ方向に駆動する推力を発生する。また、Ｘ定盤リニアモータ可動子２４およびＸ定盤リニアモータ固定子２６で構成される２つのＸ定盤リニアモータの差分値により、ＸＹ平面の回転方向に対してモーメントを発生させることができる。ステージ定盤７のＸＹ方向およびＸＹ平面の回転方向の変位は２つのＸステージ定盤レーザ干渉計２７およびＹステージ定盤レーザ干渉計２８で計測される。これらのステージ定盤レーザ干渉計の計測基準はステージ計測と同様に鏡筒定盤２、すなわちこれに固定されたステージ定盤Ｘ干渉計基準５１およびステージ定盤Ｙ干渉計基準５２である。ステージ定盤７にはＸおよびＹステージ定盤レーザ干渉計２７および２８用のＸ定盤レーザ干渉計ミラー２９およびＹ定盤レーザ干渉計ミラー３０が設置されている。
【００３９】
なお、各定盤リニアモータは推力方向と直角方向には定盤の動きに対して十分に余裕を持って設置されている。すなわち、ステージ定盤７がＸ方向に移動してもＹ定盤リニアモータの固定子２５と可動子２３が接触することはなく、ステージ定盤７がＹ方向に移動してもＸ定盤リニアモータの固定子２６と可動子２４が接触することはない。
【００４０】
図４はウエハステージ６の制御系の構成図である。微動ステージ８の部分は省略してある。図中の主制御器３１は装置全体の動作を制御する部分である。図４の点線内がウエハステージ６の制御系の構成である。このウエハステージ制御系は主制御器３１との間でウエハステージ位置指令やウエハステージ位置計測値などの通信を行うが、ここではその説明は省略する。図中のウエハステージＸ制御系３２は、主制御器３１より得たウエハステージ駆動指令、ウエハステージＸ位置指令器３３から得た位置目標値、およびウエハステージＸレーザ干渉計信号３４より、適宜ステージ加速力のフィードフォワード制御および位置目標に対するフィードバック制御を行い、Ｘリニアモータ３５を駆動してＸステージ１７の位置決めを行う。ウエハステージＹ制御系３６もウエハステージＸ制御系３２と同様にして、ウエハステージ駆動指令、ウエハステージＹ位置指令器３７から得た位置目標値、およびウエハステージＹレーザ干渉計信号３８により２つのＹリニアモータ３９を駆動してＹステージ１３の位置決め制御を行う。この際、Ｘステージ１７の移動により、Ｙステージ１３、Ｘステージ１７および微動ステージ８の全体、すなわちＹ方向に移動する移動体質量の重心が移動する。ウエハステージＹ制御系３６はＸステージ１７の位置情報に基づいて、２つのＹリニアモータ３９の合力がＹ方向移動体質量の重心位置に推力を及ぼすように各Ｙリニアモータ３９の出力の制御も行う。
【００４１】
ステージ定盤Ｙ制御系４０はステージ定盤Ｙ位置指令器４１より得たステージ定盤７のＹ位置目標値とステージ定盤７のＹ変位信号４２に基づいてフィードバック制御を行い、ステージ定盤Ｙリニアモータ４３を駆動してステージ定盤７のＹ方向の位置決めを行う。ステージ定盤Ｘ制御系４４も同様に、ステージ定盤Ｘ位置指令器４５からのＸ位置目標値と、ステージ定盤７の２つのＸ変位信号４６に基づいてステージ定盤７のＸ方向の位置決めを行う。この際、２つのステージ定盤Ｘ変位信号４６の差分値と２つの変位計２７間の間隔とによりステージ定盤７のＸＹ平面内での回転方向（ωｚ）の変位が計測される。ステージ定盤Ｘ制御系４４は、２つのステージ定盤Ｘリニアモータ２１への制御入力により、この回転方向の変位を零に位置決めすることも行う。このステージ定盤のωｚ方向の運動を生じさせるモーメントは、ウエハステージ６の移動により生じる。すなわちウエハステージ６とステージ定盤７が相対的に動くことにより、ウエハステージ６のリニアモータの推力の作用点がステージ定盤７の重心位置とずれてモーメントが発生する。ステージ定盤Ｘ制御系４４は、ウエハステージ６の位置情報とウエハステージ６の駆動情報に基づいてこのモーメントを算出し、２つのステージ定盤Ｘリニアモータ２１にモーメントを打ち消すべくフィードフォワード制御を行う。このモーメント打ち消し力は各ステージ定盤Ｘリニアモータの固定子２６を介してベースフレーム１に伝わるが、さほど大きくないため、ベースフレーム１や床を加振するには至らないので問題は無い。
【００４２】
次に、本発明の主眼であるステージ定盤７のＸＹ方向の位置決め制御について説明する。ステージ定盤Ｘ位置指令器４５およびステージ定盤Ｙ位置指令器４１で生成される各方向のステージ定盤７の位置目標値ＸｂおよびＹｂは、次なる関係を満たしている。
【００４３】
【数６】

この数６式の意味することは、ウエハステージ６のリニアモータに推力が発生した場合、ウエハステージ６とステージ定盤７が、ウエハステージ６ヘの作用力とステージ定盤７への反力によって各々の質量の逆比で運動するようにステージ定盤７を位置決めすることである。ステージ定盤７とウエハステージ６との間およびベースフレーム１とステージ定盤７との間に全く摩擦が無く、完全な水平面状にベースフレーム１面およびステージ定盤７面が構成されている理想的な状態であれば、数６式は自動的に成立する。しかし、静圧軸受けを用いてもわずかではあるが摩擦があり、案内面が完全に水平であるとは限らない。また、リニアモータ駆動用の配線などが移動体に対してバネとして作用する。そこで、本実施例ではこれらの外乱を打ち消すべく、数６式に従ってステージ定盤７を能動的に位置決めするようにしているのである。これらの外乱を抑制する力はわずかであるので、ステージ定盤リニアモータ４３および２１が発生する力も小さくて済み、その反力も小さいので、ベースフレーム１や床を加振してしまうことはない。
【００４４】
次に、本実施例の装置における電源投入時からの装置立上げの流れを図１３のフローチャートを基に説明する。装置の電源を投入し、干渉計のリセットを行う（ステップ１）。この時点で干渉計の信号（位置変化）は得ることはできるが、干渉計は相対センサであるため、ステージ定盤７やステージ６の絶対位置は不明である。
【００４５】
まず、ステージ定盤７の原点位置駆動を行う（ステップ２）。ステージ定盤７の駆動用のリニアモータは単相コイルを用いているので、可動子と固定子が如何なる位置関係にあっても、コイルに一定電流を流すことで一定の推力を発生させることができる。干渉計によりステージ定盤７の速度を監視しながら低速の一定速度で、Ｘ定盤リニアモータ２４，２６およびＹ定盤リニアモータ２３，２５によってステージ定盤７を＋Ｘおよび＋Ｙ方向に送る。Ｘ定盤リニアモータ２４，２６およびＹ定盤リニアモータ２３，２５の近傍には不図示のリミットスイッチ（フォトスイッチ）があり、ステージ定盤７の動きによってこれらのリミットスイッチを切った時点で干渉計のリセットを行い、ステージ定盤７を停止する。ステージ定盤７の位置を計測する全てのレーザ干渉計のリセットを行った時点で、ステージ定盤７の位置サーボをかける（ステップ３）。
【００４６】
次にステージ定盤７を初期位置へ駆動する（ステップ４）。ステージ定盤７の初期位置としてＺ軸周りの回転方向は零位置とする。ＸＹ方向位置はＸＹステージ１３，１７のストローク範囲内で数６式を満たす位置であれば任意で良い。ステージ定盤７を初期位置へ移動した後は、この初期位置を目標値とした位置サーボをかけて固定しておく。
【００４７】
次にウエハステージ６の初期化を行う。この初期化動作は公知の手法を用いて行う（ステップ５）。ウエハステージ６の初期化が完了すれば、計測基準に対するウエハステージ６の絶対値が計測でき、位置サーボを構成して任意の位置にウエハステージ６を移動することができる。
【００４８】
次に数６式を満たす位置ヘウエハステージ６を移動する（ステップ６）。この際、ステージ定盤７は初期位置に固定されているので、ウエハステージ６の駆動反力は、ステージ定盤７およびステージ定盤７駆動用のリニアモータを介してベースフレーム１に伝わる。しかし、ウエハステージ６の初期位置駆動は頻繁には行われず、また加速度もさほど必要とされない。よって、ウエハステージ６の初期位置駆動の反力がベースフレーム１や床に伝わっても問題となることはない。
【００４９】
このウエハステージ６の初期位置駆動の完了以降は、ウエハステージ６を駆動する場合は、ウエハステージＸ位置指令、ウエハステージＹ位置指令、ステージ定盤Ｘ位置指令、およびステージ定盤Ｙ位置指令の値を目標値として、ウエハステージ６およびステージ定盤７の位置決めを行う（ステップ７）。以上のステージ系の初期化動作が完了した後は常に数６式が満たされるので、この初期化動作は装置立上げ時に１回だけ行えばよい。
【００５０】
数６式を満たす位置に駆動する初期位置駆動の際、ウエハステージ６の位置を固定しておいてステージ定盤７を動かすことも考えられる。しかし、この方法は前述した方法に比べて不利である。ステージ定盤７の計測系の初期化とウエハステージ６との同期駆動を行う際は、ステージ定盤７の駆動用のリニアモータにはさほど大きな力は必要とされない。ステージ定盤７の計測系の初期化の際は低速で駆動し、ウエハステージ６との同期駆動を行う際はステージ定盤７系の摩擦力等を補正するだけだからである。したがって、小さなリニアモータですみ、コストを抑えることができる。初期位置駆動を、ステージ定盤７を高速に動かして行うにはそれなりの大きさのリニアモータが必要とされ、前述した利点を打ち消してしまう。これに対してウエハステージ６のリニアモータは本来、高速でウエハステージ６を駆動するためのものなので、大出力の仕様となっている。よって、初期位置駆動の際はステージ定盤７の位置を固定しておき、ウエハステージ６を移動することが望ましい。
【００５１】
なお、本発明は上述実施例に限らず適宜変形して実施することができる。たとえば、上述においてはステージ定盤７の位置計測基準を鏡筒定盤２としたが、この代わりに、ベースフレーム１としてもよい。この場合、ウエハステージ６の位置計測基準は鏡筒定盤２であり、ステージ定盤７の計測基準とは異なっている。鏡筒定盤２はベースフレーム１上に除振機構５を介して保持されている。鏡筒定盤２とベースフレーム１の相対位置は除振機構５に設けられている位置決め機構により管理されているが、その精度は数〜数十μｍのオーダである。したがってステージ定盤７が数６式を満たすように位置決めされていても、厳密にはステージ６との相対位置には鏡筒定盤２の位置決め誤差が含まれている。本発明の趣旨はステージ６とステージ定盤７の位置関係を常に所定の関係に保ち、ステージ６の可動範囲を所望の値にすることであるから、ステージ６とステージ定盤７の位置関係の誤差は、数十〜数百μｍに入っていれば十分である。よって、前述したベースフレーム１と鏡筒定盤２の相対位置の位置決め誤差は問題にならない。
【００５２】
また、上述実施例ではステージ６として、ＸＹの２軸ステージの構成を示したが、１軸のステージでも構わない。また、ステージ６およびステージ定盤７のアクチュエータとしてリニアモータを用いたが、他のアクチュエータでもよい。例えば、ＡＣモータとボールネジの組み合せが考えられる。その際、回転軸部にエンコーダを設け、ボールネジのリードと回転数からステージ定盤７の位置を測定してもよい。また、上述においてはステージ６およびステージ定盤７の位置計測系にはレーザ干渉計を用いたが、前述したように他の計測器を用いてもよい。また、上述実施例ではウエハステージ６について本発明を適用した場合の構成を示したが、全く同様にしてレチクルステージにも適用することができる。
【００５３】
また、上述実施例ではステージ定盤７はベースフレーム１上に水平面内において回転自由に支持されていたが、水平方向の直動ガイド上に設けても構わない。上述実施例ではステージ定盤７に作用するモーメントはステージ定盤リニアモータを介してベースフレーム１に作用したが、直動ガイドを設ける場合は直動ガイドを介して直接ベースフレームに作用する。
【００５４】
図９および１０は本発明の他の実施例を示す上面図および正面図である。Ｙステージ１３、Ｘステージ１７、および微動ステージ８は図１のものと全く同様である。ステージ定盤７は定盤Ｙ方向ガイド５５によりステージ定盤支持盤５６上でＹ方向に移動自由に案内されている。ステージ定盤支持盤５６は定盤Ｘ方向ガイド５７によりベースフレーム上でＸ方向に移動自由に案内されている。定盤Ｙ方向ガイド５５および定盤Ｘ方向ガイド５７は各々２本のリニアガイドで構成されており、所定方向には移動自由に、案内方向と直行する方向には高剛性に支持されている。定盤Ｘ方向ガイド５７および定盤Ｙ方向ガイド５５の近傍には不図示のアブソリュートエンコーダが設けられており、ベースフレームに対するステージ定盤支持盤５６のＸ方向位置、およびステージ定盤７のステージ定盤支持盤５６に対するＹ方向位置が測定される。ベースフレームに対してステージ定盤支持盤５６は前述したように定盤Ｘ方向ガイド５７により案内されているので、ステージ定盤支持盤５６はＹ方向にはほとんど変位せず、前述したＹ方向のアブソリュートエンコーダによる計測値はベースフレームに対するステージ定盤７のＹ方向位置とみなすことができる。
【００５５】
ステージ定盤７は位置固定機構６２で固定できるようになっており、位置固定機構６２は図１１のような構成を有する。すなわち、本体５８がベースフレーム上に設置されており、ステージ定盤７の上方にアーム５９が張り出している。アーム５９の先端には電磁石６０が設けられている。電磁石６０のステージ定盤７面に相対する面は高精度に仕上げられており、電磁石６０を励磁しない場合の電磁石６０面はステージ定盤７面に対して数μｍの間隙を保持している。この状態において、ステージ定盤７のストロークの範囲では、ステージ定盤７面と電磁石６０面が接触することはない。また、アーム５９および電磁石６０は、ステージの如何なる位置においても物理的に干渉しない位置に設けられている。電磁石６０を励磁すると、アーム５９に設けられたヒンジ６１により電磁石６０が下方に移動してステージ定盤７面を吸着する。アーム５９にはＺ方向をかわす前述のヒンジ６１が設けられているが、ヒンジ６１はＸＹ方向には剛に構成されている。よって、電磁石６０を励磁すると、ステージ定盤７はベースフレームに剛に構成された状態となる。
【００５６】
この構成のステージ系の働きを、図１２のフローチャートを基に説明する。装置に電源を投入する以前には、Ｘ、Ｙおよび微動ステージ１７、１３、８ならびにステージ定盤７のＸＹ方向位置は不明である。電源を投入すると（ステップ１１）、ステージ定盤７のアブソリュートエンコーダにより、べースフレームに対するステージ定盤７の絶対位置が計測できる（ステップ１２）。この時点でステージ定盤位置固定機構６２の電磁石６０を励磁し、ステージ定盤７をベースフレームに対して固定しておく（ステップ１３）。Ｘ、Ｙステージ１７、１３および微動ステージ８は公知の手法により適宜初期化されて駆動可能となる（ステップ１４）。ステージ定盤７をベースフレームに対して固定したまま、Ｘ、Ｙステージ１７、１３を駆動し、次の数７式が成立する状態にする（ステップ１５）。
【００５７】
【数７】

ただし、ステージ定盤７の計測値（アブソリュートエンコーダの値）とＸ、Ｙステージ１７、１３の計測値（干渉計の値）の原点、方向および次元は統一しておく。数７式が成立した状態となった時点で、ステージ定盤位置固定機構６２の電磁石６０の励磁を解消する（ステップ１６）。以降、ステージ定盤７はベースフレームに対してＸＹ方向に移動自由になるので、Ｘ、Ｙステージ１７、１３を駆動する際は、その反力によりステージ定盤７はステージとは逆方向に、およそ質量の逆比の割合で運動する。したがってベースフレームにはステージの駆動反力が伝わらず、ベースフレームや床を加振してしまうことはない。ステージの位置や駆動パターンによっては、ステージ定盤７にＺ軸周りのモーメント力が作用する。このモーメント力はステージ定盤Ｘ方向ガイド５７およびステージ定盤Ｙ方向ガイド５５によりベースフレームに伝わるが、この力は小さいので、ベースフレームや床を問題となるほど加振してしまうことはない。この状態において所望のウエハ処理などの装置オペレーションを行う（ステップ１７および１８）。
【００５８】
ステージ駆動を続けていくと、ステージ定盤７のガイドに存在するわずかな摩擦により、ステージ位置とステージ定盤７の位置が、数７式からずれてくる。このずれが大きくなると、ステージ定盤７がステージ定盤７のガイドのストロークリミットに接触し、ステージ反力がベースフレームに伝わってしまう。そこで、ステージ定盤７の位置を常に監視しておき、数７式から大きく外れてきたと判断した場合は（ステップ１９）次の動作を行う。すなわち、ステージ定盤位置固定機構６２の電磁石６０を励磁してステージ定盤７をその位置で固定し（ステップ２１）、そしてＸ、Ｙステージ１７、１３を適宜駆動して数７式を満たす位置に動かす（ステップ２２）。この復帰動作を終えた後、ステージ定盤位置固定機構６２の電磁石６０を開放し、通常のステージ駆動を行う（ステップ２３）。復帰動作時にはステージ定盤７がベースフレームに固着されるので、ステージ反力がベースフレームに伝わる。ただし、この動作はさほど頻繁に行うものではないので、ステージの加速度は小さくてもよい。よって、床を加振してしまうことはない。この復帰動作はウエハ露光中の一連の動作中ではなく、ウエハのロット間等で行うのが望ましい。したがって、ステージ定盤７のストロークは余裕を大きくしておく。以降、ウエハオペレーション終了の判断をし（ステップ２０）、適宜装置オペレーションを再開しまたは終了する（ステップ２４）。
【００５９】
この構成のステージ系を用いれば、ステージ定盤７にアクチュエータを用いることなく、簡易な方法で床に振動を与えないステージ駆動を達成することができる。なお、ここでは、ステージ定盤Ｘ方向ガイド５７およびステージ定盤Ｙ方向ガイド５５に安価なリニアガイドを用いたが、静圧案内などの他のガイド構成を用いてもよい。
【００６０】
＜デバイス製造方法の実施例＞
次に上記説明した露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１４は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ３１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行う。ステップ３２（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３３（ウエハ製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ３４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ３５（組立て）は後工程と呼ばれ、ステップ３４において作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ３６（検査）ではステップ３５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て、半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ３７）される。
【００６１】
図１５は上記ウエハプロセス（ステップ３４）の詳細なフローを示す。ステップ４１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ４２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ４３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ４４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ４５（レジスト処理）ではウエハにレジストを塗布する。ステップ４６（露光）では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハの複数のショット領域に並べて焼付露光する。ステップ４７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ４８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ４９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった大型のデバイスを低コストで製造することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、第２移動体を第１移動体の位置決め制御に同期して位置決め制御する第２移動体制御系を設けるようにしたため、位置決め装置が設置されている床等ヘ第１移動体の駆動反力がかからないように第２移動体の位置を制御して、床を加振して第１移動体の位置決め制御を悪化させたり他の装置へ振動の影響を与えるのを防止することができる。また、第１移動体と第２移動体の相対位置関係が常に所望の状態を満たすように第２移動体の位置を制御して、いかなる第１移動体の動きに対しても第１移動体の可動範囲を所望の値にすることができる。また、第２移動体を固定する第２移動体位置固定機構および第２移動体の位置を計測する第２移動体位置計測系を備えているため、第１および第２移動体間の位置関係が崩れ、第１移動体からの反力を吸収できなくなるような事態に陥る可能性を未然に検出し、回避することができる。したがって常に第１移動体の移動による反力を第２移動体によって吸収できるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るウエハステージの上面図である。
【図２】図１のウエハステージの正面図である。
【図３】図１のウエハステージを搭載した露光装置の正面図である。
【図４】図１のウエハステージの制御系の構成図である。
【図５】従来の露光装置の一例を示す図である。
【図６】従来の位置決めステージの一例を示す図である。
【図７】従来の位置決めステージの説明図である。
【図８】従来の位置決めステージの問題点を示す図である。
【図９】本発明の他の実施例を示す上面図である。
【図１０】図９の装置の正面図である。
【図１１】図９の装置の位置固定機構の構成を示す図である。
【図１２】図９の装置の動作を示すフローチャートである。
【図１３】図１の装置における電源投入時からの装置立上げの流れを示すフローチャートである。
【図１４】本発明の露光装置を利用できるデバイス製造方法を示すフローチャートである。
【図１５】図１４中のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
１：ベースフレーム、２：鏡筒定盤、３：縮小露光系、４：レチクルステージ、５：除振機構、６：ウエハステージ、７：ウエハステージ定盤、８：微動ステージ、９：定盤、１０：ステージ、１１：計測系基準、１２：静圧軸受け、１３：Ｙステージ、１４：ヨー方向ガイド、１５：Ｙリニアモータ固定子、１６：Ｙリニアモータ可動子、１７：Ｘステージ、１９：Ｘ干渉計ミラー、２０：Ｙ干渉計ミラー、２１：ステージ定盤リニアモータ、２２：ウエハステージＸレーザ干渉計基準、２３：Ｙ定盤リニアモータ可動子、２４：Ｘ定盤リニアモータ可動子、２５：Ｙ定盤リニアモータ固定子、２６：Ｘ定盤リニアモータ固定子、２７：Ｘステージ定盤レーザ干渉計、２８：Ｙステージ定盤レーザ干渉計、２９：Ｘ定盤レーザ干渉計ミラー、３０：Ｙ定盤レーザ干渉計ミラー、３１：主制御器、３２：ウエハステージＸ制御系、３３：ウエハステージＸ位置指令器、３４：ウエハステージＸレーザ干渉計信号、３５：Ｘリニアモータ、３６：ウエハステージＹ制御系、３７：ウエハステージＹ位置指令器、３８：ウエハステージＹレーザ干渉計信号、３９：Ｙリニアモータ、４０：ステージ定盤Ｙ制御系、４１：ステージ定盤Ｙ位置指令器、４２：Ｙ変位信号、４３：ステージ定盤Ｙリニアモータ、４４：ステージ定盤Ｘ制御系、４５：ステージ定盤Ｘ位置指令器、４６：ステージ定盤Ｘ変位信号、５１：ステージ定盤Ｘ干渉計基準、５２：ステージ定盤Ｙ干渉計基準、５３: ウエハステージレーザ干渉計光軸、５４：ステージ定盤Ｘレーザ干渉計光軸、５５：定盤Ｙ方向ガイド、５６：ステージ定盤支持盤、５７：定盤Ｘ方向ガイド、５８：本体、５９：アーム、６０：電磁石、６１：ヒンジ、６２：ステージ定盤位置固定機構。

Claims

基準面に沿って移動自在に支持された第１および第２の移動体と、前記第１および第２移動体間で所定の方向の力を発生させる第１の駆動機構と、前記基準面と第２移動体との間で前記所定方向と平行な方向の力を発生させる第２の駆動機構と、前記第１駆動機構を用いて前記第１移動体を位置決め制御する第１移動体制御系と、前記第２駆動機構を用いて、前記第１移動体制御系による制御に同期して前記第１移動体と逆方向に移動するように前記第２移動体を位置決め制御する第２移動体制御系とを具備することを特徴とする位置決め装置。
前記第１移動体の質量をｍ、前記第１移動体制御系による制御における目標位置指令値をＹｓ、前記第２移動体の質量をＭ、前記第２移動体の位置制御における目標位置指令値をＹｂとすれば、これらの間には次式の関係があることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
前記関係を満足する初期位置に前記第１および第２移動体を移動させる初期位置駆動手段を備え、前期第１移動体を初期位置へ移動する際に前記第２移動体を位置固定機構によって前記基準面に対して固定させることを特徴とする請求項２に記載の位置決め装置。
前記所定方向における前記第１移動体の位置を計測する第１移動体位置計測系と、前記所定方向における前記第２移動体の位置を計測する第２移動体位置計測系とを備え、前記第１移動体制御系は前記第１移動体位置計測系の計測結果および目標位置指令値に基づいて前記第１駆動機構を駆動制御することにより前記第１移動体の位置制御を行うものであり、前記第２移動体制御系は前記第２移動体位置計測系の計測結果および前記位置指令値に応じた位置指令値に基づいて前記第２駆動機構を駆動制御することにより前記第２移動体の位置制御を行うものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置決め装置。
前記第１移動体位置計測系による位置計測の基準は前記基準面から振動絶縁された構造体に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の位置決め装置。
前記第１移動体位置計測系による位置計測の基準は前記基準面に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の位置決め装置。
前記第２移動体位置計測系による位置計測の基準は前記基準面から振動絶縁された構造体に設けられていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の位置決め装置。
前記第２移動体位置計測系による位置計測の基準は前記基準面に設けられていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の位置決め装置。
前記第１および第２移動体はいずれも前記基準面上に支持されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の位置決め装置。
前記第２移動体は前記基準面上に支持されており、前記第１移動体は前記第２移動体上に支持されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の位置決め装置。
前記所定方向は、相互に直交する２軸方向であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の位置決め装置。
前記第１移動体は移動ステージであり、前記第２移動体はステージ定盤または前記第１駆動機構を構成するリニアモータの固定子であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の位置決め装置。
請求項１〜１２のいずれかの位置決め装置を搭載したことを特徴とする半導体露光装置。
前記位置決め装置は露光されるウエハを位置決めするために使用されるものであることを特徴とする請求項１３に記載の半導体露光装置。
前記位置決め装置は露光に使用するレチクルを位置決めするために使用されるものであることを特徴とする請求項１２または１３に記載の半導体露光装置。
請求項１３〜１５のいずれかの露光装置を用い、その位置決め装置における第１移動体の移動による反力を第２移動体によって吸収しながらウエハに露光を行う工程と、露光されたウエハを現像する工程とを具備することを特徴とするデバイス製造方法。