JP3963410B2 - 位置決め装置およびこれを用いた露光装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造のリソグラフィ工程で使用する露光装置、あるいは各種精密加工機あるいは各種精密測定器等での位置決めに好適に使用される位置決め装置、またこの位置決め装置を用いた露光装置や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、いわゆるステッパと呼ばれる装置が知られている。このステッパは、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。ステッパは、解像度および重ね合わせ精度の性能面から露光装置の主流と見られている。
【０００３】
図２４は従来の露光装置における本体構造体およびウエハステージの搭載例を示す正面図である。
同図において、１はレチクルパターンを照明する照明部、２は転写すべきパターンを有するレチクル、３はレチクル２上に形成されたパターンをウエハ上に投影する投影レンズ、４は投影レンズを支持する鏡筒支持体である。５は不図示のウエハを載置するトップステージであり、θ方向、Ｚ方向、α方向およびβ方向に移動可能な機能を有している。６はトップステージ５を搭載しＸ方向およびＹ方向に移動可能なＸＹステージ、８は上面に案内面を有しＸＹステージ６および可動ガイド７を静圧エア軸受部を介してＺ方向に非接触で支持するステージベースである。９はステージベース８を搭載し支持固定する定盤であり、鏡筒支持体４が一体的に結合されている。１１は鏡筒支持体４を支持するために４か所に配置されたエアーマウントである。鏡筒支持体４は定盤９を介してエアーマウント１１に支持されている。３３ａは投影レンズ３とＸＹステージ６との相対位置を計測するためのレーザ干渉計、１６ａは投影レンズ３の焦点位置とウエハ上面間の距離を計測するフォーカス検出部の投光部、１６ｂは同じくフォーカス検出部の受光部である。
【０００４】
このような構成の露光装置で処理される半導体ウエハについては、半導体素子の大面積化およびコスト低減を図るために、大口径、大サイズの半導体ウエハを用いる傾向にある。また、半導体素子の高集積化と共に、高速かつ高精度なウエハステージの位置合わせ、および高スループット化等が切望されている。
【０００５】
しかしながら、このような従来の露光装置においては、搭載する半導体ウエハの大口径化に対応し、高速・高精度にＸＹステージ６を動かすためには、ＸＹステージ６の動特性の向上を図らなければならない。このためガイド剛性を上げる等の必要が生じ、ステージ重量は単にストロークアップによる重量増加分よりさらに増大せざるを得ない。さらに、高スループット化に対応するためにＸＹステージ６の移動加速度および移動速度のアップを図り移動時間短縮を狙うと、ステージ移動の加速度による加振力は益々大きくなる。投影レンズ３の重量増加によるレンズ保持等の構造体の相対的な剛性の低下と併せて、上記従来例では、
▲１▼構造体強化による装置の大型化、コストアップが生じる。
▲２▼加振力増大に伴い、防振マウント１１に支持された装置全体および装置に搭載される機構系の固有振動が励起され、ウエハステージ５やレーザ干渉計３３ａに外乱振動が伝わり、高速・高精度な位置決めが妨げられる。
▲３▼ＸＹステージ６が移動するとステージ自体の重量で鏡筒支持体４および定盤９で支えられている装置全体のＸＹ方向の重心位置が変化し、複数のエアーマウント１１の支持力の配分が変化する。こうした支持力バランスの変化は、ＸＹステージ６の位置および姿勢を計測するレーザ干渉計３３ａやフォーカスセンサ１６ａ，１６ｂの基準となっている鏡筒支持体４を変形させ、ウエハの重ね合わせ精度等を劣化させる。
等の問題点が生じる。
【０００６】
例えばＵＳＰ５６１０６８６や特開平−３３５５３８号公報等に記載された位置決め装置は、基盤上でステージを駆動した時の基盤の揺れに起因する基盤とステージとの相対的なズレを防ぐため、リニアモータが基盤の揺れに対応する加速度をステージに与えている。
【０００７】
しかし、ステージが移動するとステージ自体の重量により装置全体のＸＹ方向の重心位置が変化し、位置決め装置全体を支持している複数の支持体の支持力配分が変化する。こうした支持力のバランス変化は、ＸＹステージ位置および姿勢を計測するレーザ干渉計やフォーカスセンサの基準となっている支持体を変形させ、ウエハの重ね合わせ精度等を劣化させるという問題を生じる。
【０００８】
また、上記公報に記載された従来例では、ボールネジで駆動しているステージの駆動反力を相殺すべくリニアモータによって加速度を与えているが、同一の固定子もしくはテーブルに２つのアクチュエータ（ボールネジとリニアモータ）を取付けているため、加速度がうまく伝わらず実現が困難である。また、ステージの駆動源（ボールネジ）と異なる種類のアクチュエータ（リニアモータ）を用いているため、ステージの駆動反力によって発生する微小振動を適切に相殺することは非常に困難である。
【０００９】
また、特開平３−２１８９４号公報、特開平３−１０７６３９号公報、および特開平３−１２５０４８号公報等に記載された位置決め装置は、基盤の揺れやステージの振動を防ぐため、バランス部材をボールねじで駆動し、振動に対する加速度を基盤やステージに与えている。
【００１０】
しかし、ステージの移動やバランス部材の移動にボールねじを用いているため、ボールねじの軸回りにモーメントが生じる原因となっている。このため、基盤やステージに回転モーメントが働き、外乱振動を引き起こすことになり、ステージの位置決め精度を低下させる原因となる恐れがある。また、ボールねじを用いると潤滑材等が必要になるため、ステージの清浄度やメンテナンス性が低下する。
【００１１】
さらに、機械的な接触があるボールねじを用いた系は、固有振動を完全に抑えることができず、残留振動が生じてしまう。したがってバランス部材に対してさらに高度な制御系を構築する必要がある。
【００１２】
近年では、半導体ウエハの高集積回路の線幅はサブミクロンのオーダーとなり、このようなボールねじによる振動の励起は、露光装置の性能に大きな悪影響を与える原因となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題に鑑みて成されたものであり、簡単な構成でステージ加振力増大に伴う振動の伝達を防止し、高速かつ高精度な位置決めを可能とすることを目的とする。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、ステージの移動に伴って生じた慣性力の伝達を打ち消すような慣性力を付与することにより、ステージの移動に伴う振動の伝達を防止することにある。
【００１５】
また、本発明の更に他の目的は、ステージの２次元の位置決めを行なう装置において、装置全体の重心を一定に保ち、高速・高精度な位置決めを可能とすることにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、定盤上で第１方向に移動可能な第１移動体と、第１方向に直交する第２方向に移動可能な第２移動体とを含み、２軸方向に移動可能なステージと、該第１移動体を第１方向へ移動させる第１移動手段と、該第２移動体を第２方向に移動させる第２移動手段と、前記定盤に慣性力を発生させる第１慣性力付与手段とを有し、該第１慣性力付与手段は、移動可能に支持された質量体と、該質量体を第１方向に移動させる質量体移動手段と、前記ステージの移動によって生じる慣性力を打ち消すように前記質量体移動手段を制御する制御手段とを備え、前記質量体移動手段の固定子は前記第２移動体に固定されることを特徴とする位置決め装置が提供される。
また、本発明の別の態様によれば、基準面を有する定盤と、前記基準面に沿って移動可能なステージと、該ステージを移動させる移動手段と、前記定盤に対して並進方向に移動可能に支持された質量体と、前記質量体を移動させる質量体移動手段とを含み、前記質量体移動手段を駆動して前記定盤に並進方向の慣性力を付与する並進慣性力付与手段と、前記定盤に対して回転可能に支持された回転質量体と、前記回転質量体を回転させる回転モータとを含み、前記回転モータを駆動して前記定盤に回転方向の力を付与する回転力付与手段と、前記ステージおよび前記質量体の加減速に応じて前記定盤に作用する回転方向の力を打ち消すように前記回転モータを制御する制御手段とを有することを特徴とする位置決め装置が提供される。
【００１７】
また、本発明によれば、上述の位置決め装置を適用した露光装置が提供される。
更に、本発明によれば、上述の露光装置を用いて半導体デバイスの製造を行なう製造方法が提供される。
【００１８】
【実施例】
以下、図面を用いて、本発明の他の特徴や利点を説明する。なお、各図面において、共通または対応する部分には同一の符号を付している。
＜第１実施例＞
以下の実施例では、特に半導体リソグラフィに用いられる投影露光装置の位置決め装置に本発明を適用して説明する。第１実施例の投影露光装置は、図１に示されるように投影光学系３と、半導体ウエハを搭載するステージ６と、該ステージを投影光学系３に対し直交平面上に１次元または２次元に移動させるためのステージ移動機構と、前記投影光学系３を支持する鏡筒支持体４と、前記ステージ移動機構を支持するステージベース８と、このステージベース８に装着された慣性力付与機構とを具備する。
【００１９】
鏡筒支持体４とステージベース８は、定盤９を介して一体的に結合されており、定盤９はエアーマウント１１に支持される。なお、鏡筒支持体４とステージベース８を搭載する基台１２（図８、１２または１９参照）を設け、エアーマウント１１と８１により鏡筒支持体４とステージベース８を分離独立させてもよい。この点については第２実施例で説明する。
【００２０】
慣性力付与機構は、ステージ６の加減速度に応じた慣性力の作用平面近傍に、すなわち、図２に示すように、ステージベース８または定盤９に４個配置され、前記ステージ６の慣性力を打ち消すように駆動制御する。この慣性力付与機構は、質量体１３（１３ａ〜１３ｄ）と質量体１３を支持案内するガイド１４（１４ａ〜１４ｄ）と、質量体１３を移動させるリニアモータ５２，５３（図３）と、このリニアモータを制御する制御部（図５で後述のコントローラ１５３および質量体駆動用ドライバ１５５）とで構成される。また、ガイド１４は図３で説明する静圧空気軸受け５１を含む。以下第１実施例を詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の第１実施例による投影露光装置の正面図、図２は図１のステージ部分の上面図である。
【００２２】
同図において、２は転写すべきパターンを有するレチクル、１はレチクル２を露光光で照明する照明部であり、光源や照明用レンズを含む。３はレチクル２上に形成されたパターンをウエハ上に投影する投影レンズ、４は投影レンズを支持する鏡筒支持体である。
【００２３】
５は不図示のウエハを載置するトップステージであり、θ方向、Ｚ方向、α方向およびβ方向に移動可能な機能を有している。６はトップステージ５を搭載しＸ方向およびＹ方向に移動可能なＸＹステージ、７はＸＹステージ６を静圧エア軸受部を介してＹ方向に非接触で支持しＸ方向に移動可能なように案内する可動ガイド、８は上面に案内面を有しＸＹステージ６および可動ガイド７を静圧エア軸受部を介してＺ方向に非接触で支持するステージベース、２１はステージベース８に一体的に取り付けられ可動ガイド７を静圧エア軸受部を介してＸ方向に非接触で支持しＹ方向に移動可能なように案内するヨーガイドである。２２はＸＹステージ６をＸ方向に駆動するリニアモータの固定子である。このリニアモータは固定子２２が可動ガイド７に固定され、不図示の可動子はＸＹステージ６に取り付けられている。２３ａおよび２３ｂは可動ガイド７をＹ方向に駆動するリニアモータの固定子であり、相互に対向するようにステージベース８に配置固定されている。２４ａおよび２４ｂは可動ガイド７をＹ方向に駆動するリニアモータの可動子であり、相互に対向するように可動ガイド７に取り付けられている。
【００２４】
９はステージベース８を搭載する定盤である。定盤９と鏡筒支持体４は一体的に結合されている。また、定盤９とステージベース８も一体的に結合されている。１１は鏡筒支持体４および定盤９を支持するために４か所に配置されたエアーマウント（ダンパ）である。エアーマウント１１は床から鏡筒支持体４および定盤９に伝わる振動を絶縁する。
【００２５】
３３ａは投影レンズ３とＸＹステージ６との相対位置を計測するためのレーザ干渉計、１６ａは投影レンズ３の焦点位置とウエハ上面間の距離を計測するフォーカス検出部の投光部、１６ｂは同じくフォーカス検出部の受光部である。これらの投光部１６ａと受光部１６ｂは各々投影レンズ３に固定されている。３２ａ，３２ｂはトップステージ５に取り付けられた反射ミラーである。
【００２６】
１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）は定盤９に慣性力を付与するための質量体、１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）は質量体１３を支持案内するガイドであり定盤９に固定されている。
【００２７】
図３は慣性力付与機構の詳細構成を示す断面図である。同図において、５１は質量体１３を１軸方向に支持案内する静圧空気軸受けである。５２は質量体１３を駆動するリニアモータの可動子であり質量体に固定されている。５３はリニアモータの固定子でありその両端あるいは一方の端がガイド１４に固定されている。
【００２８】
このとき、リニアモータの駆動力の作用軸と、質量体の重心位置がほぼ一致していることが望ましい。そのため本実施例では、前記要件を満たすため、筒状の質量体を採用しているが、質量体の形状はこれに限られるものではない。
【００２９】
図４は、本実施例の露光装置のＸＹステージ用測定系（レーザ計測システム）の配置を示す斜視図であり、図１のトップステージ５の周辺のレーザ干渉計３３ａ等の部分を詳細に表わした図である。
【００３０】
図４において、３１は光源であるレーザヘッド、３２ａおよび３２ｂは図１のトップステージ５に取り付けられた反射ミラー、３３ａはＸ方向を計測する干渉計、３３ｂはＹ方向を計測する干渉計、３３ｃはトップステージ５のヨーイングすなわち投影レンズの光軸に対するθ方向を計測する干渉計である。３４ａ，３４ｂ，３４ｃは干渉縞を電気信号に変換するレシーバであり、３４ａはＸ方向用、３４ｂはＹ方向用、３４ｃはθ方向用である。
【００３１】
図５は本実施例の制御系のシステム図である。同図において、１５１は図４で示したＸ，Ｙ，θレーザ測定システムであり、トップステージ５が搭載されたＸＹステージ６の位置を測定する。１５３はＸＹステージ６およびトップステージ５の位置信号（ｘ，ｙ，θ）をフィードバックし各駆動軸に所定の動作指令を行なうコントローラである。１５６はコントローラ１５３の指令信号を基に図２のリニアモータ固定子２２および２３ａ，２３ｂのコイル部に電流を流しＸＹステージ６をドライブするリニアモータドライバ、１５５はコントローラ１５３からの指令により図１中の質量体１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）をドライブする質量体駆動用ドライバ、１５７はトップステージ５の各駆動軸をドライブするトップステージ用ドライバである。質量体１３の駆動制御は、質量体１３の位置あるいは加速度を計測し（不図示）フィードバックすることで行なわれる。
【００３２】
上記構成において、まず露光すべきウエハ（図示しない）をトップステージ５に載置し、コントローラ１５３（図５）からＸＹステージ６およびトップステージ５に駆動信号を与え、上記ウエハを投影レンズ３下の所定の位置および姿勢に駆動する。ここで、上記ウエハのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向および各軸の回転方向（それぞれα方向、β方向、θ方向）の目標とする位置に対する偏差が、レーザ計測システムおよびフォーカス検出システムの出力を基にコントローラ１５３および外部のコントローラにより計算され、リニアモータドライバ１５６やトップステージ用ドライバ１５７等各々の駆動部にフィードバックされ、ウエハは所定の位置、姿勢に位置決め制御される。そして露光後、次の所定の位置にウエハ（トップステージ５）を移動し露光するという動作を繰り返す。
【００３３】
ＸＹステージ６の移動は、所定の速度曲線に倣うようにコントローラ１５３からリニアモータドライバ１５６に指令信号が与えられ、リニアモータが前記指令信号に応じた駆動力を発生することにより行なわれる。前記駆動力の大きさはＸＹステージ６の質量と所定の加減速度とで決まる慣性力と等しく、その駆動反力がステージベース８に作用し、定盤９に伝わる。このとき、コントローラ１５３からは質量体駆動用ドライバ１５５に前記駆動反力を打ち消すように指令信号が与えられ、質量体１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが定盤９の変位を極力小さくするように駆動される。
【００３４】
例えば、前記指令信号は次のように求められる。図６においてＸ方向駆動時を想定し、ＸＹステージ６とトップステージ５を駆動するときの反力をＦｘ、質量体１３ａ，１３ｂを駆動するときに発生する反力をＲａ，Ｒｂ、可動ガイド７上のリニアモータ固定子２２の中心軸と質量体１３ａ，１３ｂの移動軸との距離をＬａ，Ｌｂとすると、各力の作用点間の距離Ｌａ，Ｌｂは予め求められ、力の釣り合い式とモーメントの釣り合い式より反力Ｒａ，Ｒｂは以下の式（１）で表わされる。
【００３５】
【数１】

【００３６】
質量体１３ａ，１３ｂの質量をＭａ，Ｍｂ、トップステージ５とＸＹステージ６をあわせたＸ方向の移動体質量をＭｘとすると、質量体１３ａ，１３ｂの必要な駆動ストロークＳａ，ＳｂはＸＹステージのＸ方向のストロークＳｘに対する質量比で決まる。必要最大ストロークは以下の式（２）で表わされる。
【００３７】
【数２】

【００３８】
また、図７に示すように、Ｙ方向駆動時についても同様に、駆動反力をＦｙ１，Ｆｙ２、質量体１３ｃ，１３ｄを駆動して発生させる反力をＲｃ，Ｒｄ、トップステージ５の中心軸とトップステージ５のＹ方向駆動軸および質量体１３ｃ，１３ｄの駆動軸との距離をＬｙ_１，Ｌｙ_２，Ｌｃ，Ｌｄとすると、反力ＲｃおよびＲｄは以下の式（３）で表わされる。
【００３９】
【数３】

【００４０】
質量体１３ｃ，１３ｄの質量をＭｃ，Ｍｄ、トップステージ５とＸＹステージ６と可動ガイド７をあわせたＹ方向の移動体質量をＭｙとすると、質量体１３ｃ，１３ｄの必要な駆動ストロークＳｃ，ＳｄはＸＹステージのＹ方向のストロークＳｙに対する質量比で決まる。必要最大ストロークは以下の式（４）で表わされる。
【００４１】
【数４】

【００４２】
以上述べたように、加減速時にステージベース８を介して定盤９に作用するＸ方向、Ｙ方向およびθ方向の大きな駆動反力は、質量体１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを反対方向に駆動し逆向きの駆動反力を発生させることにより打ち消され、鏡筒支持体４は揺すられない。α方向、β方向のモーメント反力は定盤９に伝わり鏡筒支持体４を揺するが、この反力は他の方向の力に比べ非常に小さい。
【００４３】
したがって、エアーマウント１１に支持された装置全体および装置に搭載された機構系各部の固有振動が励起されることもなく、ウエハステージやレーザ計測システムおよびフォーカス検出システムに外乱振動が伝わらない。
【００４４】
本実施例の特徴は、ＸＹステージ６の加減速時に発生する慣性力に伴い、ステージベース８に伝わる大きな反力（Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向）を定盤９に取り付けられた質量体１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを駆動し前記反力を打ち消すようにしたことである。これにより、エアーマウント１１に支持された装置全体および装置に搭載された機構系各部の固有振動が励起されることなく、ウエハステージやレーザ計測システムおよびフォーカス検出システムに外乱振動が伝わらないため、高速・高精度な位置決めを達成できる。
【００４５】
また、本実施例では、ステージおよび質量体の駆動にリニアモータを用いている。そのためボールねじのような、ふれ回りが生じず、定盤やステージに回転モーメントが伝達されず、外乱振動が軽減されるため、高速・高精度な露光を行なうことができる。さらに、ステージおよび質量体とも、非接触駆動が可能であるため、ボールねじの場合に起きがちな固有振動による残留振動を抑えることができる。また、ステージの駆動手段と質量体の駆動手段が、ともにリニアモータであるため、異種の駆動手段では打ち消すことが困難であった微小な振動も容易に相殺することができる。
【００４６】
＜第２実施例＞
図８は本発明の第２の実施例を示す装置の正面図である。同図において、図１〜７に示した第１実施例と同じ部材には同一番号を付けている。図８において、８１はステージベース８を支持するために３カ所あるいはそれ以上の箇所に配置されたエアーマウント、１２はエアーマウント１１を介して鏡筒支持体４を支持し、かつエアーマウント８１を介してステージベース８を支持する基台である。慣性力付与機構を構成するところのガイド１４ａ〜１４ｄはステージベース８に固定されている。
【００４７】
上記構成の露光装置においても、第１実施例と同様にＸＹステージ６およびトップステージ５を所定の位置に移動するときの加減速に応じて移動体１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）を駆動しステージベース８に直接慣性力を付与することにより、ステージベース８は揺すられない。したがって、エアーマウント８１に支持されたウエハステージの固有振動が励起されることはない。また鏡筒支持体４はエアーマウント８１およびエアーマウント１１によりウエハステージと振動絶縁されているため、装置機構系各部の固有振動が励起されることもなく、レーザ計測システムおよびフォーカス検出システムに外乱振動が伝わらない。
【００４８】
本実施例の特徴は、鏡筒支持体とウエハステージが別体で構成されている露光装置において、ＸＹステージ６の加減速時に発生する慣性力が、ステージベース８に伝わって生じる大きな反力（Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向）を打ち消すようにステージベース８に取り付けられた質量体１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）を駆動し、エアーマウント８１に支持されたウエハステージの固有振動が励起されないようにしたこと、かつ鏡筒支持体４はエアーマウント８１およびエアーマウント１１によりウエハステージと振動絶縁して装置機構系各部の固有振動が励起されないようにしたことである。このため、レーザ計測システムおよびフォーカス検出システムに外乱振動が伝わらず、高速・高精度な位置決めを達成することができる。
【００４９】
＜第３実施例＞
図９は本発明の第３の実施例を示すステージ部分の上面図である。図９において、図１〜７に示した第１実施例と同じ部材には同一番号を付けている。図９において、１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄはステージベース８に慣性力を付与するための質量体である。また、１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄは質量体１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄを支持案内するガイドでありステージベース８に固定されている。
【００５０】
上記構成において、ＸＹステージをＸ方向に駆動するときに発生する駆動反力を打ち消すときは、質量体１１３ａおよび１１３ｂを駆動し、ＸＹステージをＹ方向に駆動するときは質量体１１３ｃおよび質量体１１３ｄを駆動することにより、第２実施例と同等の効果が得られる。
【００５１】
第３実施例の特徴は、装置全体の大きさを大きくすることなく、質量体１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄの移動ストロークを長くし、質量体１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄの質量を軽くし、装置全体の質量を軽量化することができることである。
【００５２】
以上の実施例によれば、ＸＹステージ６の移動加速度による加振力は、慣性力付与手段１３，１１３により打ち消されるため、装置全体および装置に搭載される機構系の固有振動が励起されることがない。したがって、ステージの露光用光学系等に対する高速、 高精度な位置決めを行なうことができる。
【００５３】
さらに、ＸＹステージ６が移動するとステージ自体の重量で複数のエアーマウントの支持力の配分が変化するが、本発明による慣性力付与手段としての質量体がステージの重心移動を打ち消す。したがって、鏡筒支持体および定盤（装置本体構造体）を支持するエアーマウントの支持力バランスが変化しない。したがって、定盤および鏡筒支持体等の姿勢変動や構造体変形が生じず高精度な位置決めが行なわれる。
【００５４】
また、ステージ移動に伴う装置本体（鏡筒支持体および定盤）の変形を抑えることができるため、ウエハの大型化に伴いウエハステージが大型化されても装置本体の高剛性化、大型化によるコストアップを抑えることができる。
【００５５】
＜第４実施例＞
第４の実施例では、Ｘ方向に慣性力を付与するための機構をステージとともにＹ方向ヘ移動可能とし、より効果的に反力を作用させてステージ移動時の振動を軽減させる。
【００５６】
図１０は第４実施例による投影露光装置の概観を表わす図である。また、図１１は図１０のステージ部分の平面図である。図１０、図１１において、図１および図２と同様の構成には同一の参照番号を付してある。
【００５７】
１３ｘ，１３ｙは定盤９に慣性力を付与するための質量体、１４ｘ，１４ｙは質量体１３を支持案内するガイドであり、１４ｘは可動ガイド７に、１４ｙは定盤９にそれぞれ固定されている。ここで、定盤９はステージベース８と一体となっているため、１４ｙはステージベース８に設けても良い。１４ｘは可動ガイド７に固定されているため、質量体１３ｘおよびガイド１４ｘ等で構成されるＸ方向慣性力付与機構は、トップステージ５およびＸＹステージ６とともにＹ方向に移動可能である。このとき質量体Ι３ｘを駆動するときに発生する力の作用軸は、トップステージ５およびＸＹステージ６をＸ方向に駆動するときに発生する力の作用軸と、ベースの基準面に垂直な方向から見たときにほぼ一致するように配置されている。また、質量体１３ｙを駆動するときに発生する力の作用軸は、トップステージ５、ＸＹステージ６、可動ガイド７およびＸ方向慣性力付与手段等をＹ方向に駆動するときに発生する力の作用軸と、ベースの基準面に垂直な方向から見たときにほぼ一致するように配置されている。どちらの場合も望ましくは、ベースの基準面に水平な方向から見たときにも、ほぼ一致している方が良い。
【００５８】
質量体１３ｘ，１３ｙおよびガイド１４ｘ，１４ｙで構成される慣性力付与機構の構造は第１実施例（図３）で説明したとおりである。また、レーザ計測システム、および制御系についても、第１実施例（図４、図５）で説明したとおりである。ただし、質量体駆動用ドライバ１５５は図１１の質量体１３ｘ，１３ｙをドライブすることになる。
【００５９】
上記構成において、まず露光すべきウエハ（不図示）をトップステージ５に載置し、不図示の外部コントローラからＸＹステージ６およびトップステージ５に駆動信号を与え、上記ウエハを投影レンズ３下の所定の位置および姿勢に駆動する。ここで、上記ウエハのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向および各軸の回転方向（それぞれα方向、β方向、θ方向）の目標とする位置に対する偏差が、レーザ計測システムの出力を基に外部コントローラにより計算され、各々の駆動部にフィードバックされ、ウエハは所定の位置および姿勢に位置決め制御される。露光後、次の所定の位置に移動し露光する動作を繰り返す。ＸＹステージ６の移動は、所定の速度曲線に倣うようにコントローラ１５３からリニアモータドライバ１５６に指令信号が与えられ、リニアモータが前記指令信号に応じた駆動力を発生することにより行なわれる。前記駆動力の大きさはＸＹステージ６の質量と所定の加減速度とで決まる慣性力と等しく、その駆動反力がステージベース８に作用し定盤９に伝わる。このとき、コントローラ１５３からは質量駆動用ドライバ１５５に前記駆動反力を打ち消すように指令信号が与えられ、質量体１３ｘ，１３ｙが定盤９の変位を極力抑えて駆動される。
【００６０】
例えば前記駆動信号は次のように求められる。図１０においてＸ方向駆動時を想定すると、ＸＹステージ６とトップステージ５を駆動するときの反力をＦｘ、質量体１３ｘを駆動するときに発生する反力をＲｘとする。力の釣り合い式より反力Ｒｘは以下の式（５）で表わされる。
【００６１】
【数５】

このとき、質量体１３ｘは可動ガイド７とともにＹ方向に移動するため、ＦｘとＲｘの作用軸はベースの基準面に垂直な方向から見たときにほぼ一致している。そのため、ＦｘとＲｘの合力による回転トルクは発生しない。質量体１３ｘの質量をｍｘ、トップステージ５とＸＹステージ６を合わせたＸ方向の移動体質量をＭｘとすると、質量体１３ｘの必要な駆動ストロークｓｘはＸＹステージのＸ方向のストロークＳｘに対してＭｘとｍｘの質量比で決まり、以下の式（６）で表わされる。
【００６２】
【数６】

このとき、ｍｘを大きくして質量比Ｍｘ／ｍｘを小さくし、駆動ストロークｓｘを小さくするほど、質量体１３ｘを駆動するために必要なエネルギーは小さくすることが可能である。しかし、この場合は質量体１３ｘを含むＹ方向移動質量は大きくなるため、Ｙ方向の移動に必要なエネルギーは大きくなる。したがって、Ｍｘとｍｘの質量比はステージの駆動パターンによって最適に決める必要がある。例えば、Ｘ方向の移動に対し、Ｙ方向の移動が多い場合には、ｍｘを小さくしてＹ方向の移動質量を小さくしたほうが、トータルの駆動エネルギーを小さくすることができる。逆に、Ｘ方向の移動に対し、Ｙ方向の移動が少ない場合には、ｍｘを大きくして質量比Ｍｘ／ｍｘを小さくしたほうが、トータルの駆動エネルギーを小さくすることができる。
【００６３】
また、図１１に示すように、Ｙ方向駆動についても同様に、駆動反力をＦｙ_１，Ｆｙ_２、質量体１３ｙを駆動して発生させる反力をＲｙとする。したがって反力は以下の式（７）で表わされる。
【００６４】
【数７】

通常Ｆｙ_１とＦｙ_２の合力の作用軸がＹ方向の移動質量の重心を通るように、Ｆｙ_１とＦｙ_２の比率が決定される。質量１３ｘを適切に駆動すると、Ｙ方向の移動質量の重心はほぼ一定に保たれる。そのため、Ｆｙ_１とＦｙ_２の比率も一定に保つことができる。このとき、質量体１３ｙを駆動して発生させる反力Ｒｙの作用軸がＦｙ_１とＦｙ_２の合力の作用軸と一致するように、質量体１３ｙを配置しておくことにより、Ｆｙ_１、Ｆｙ_２、Ｒｙの合力による回転トルクは発生しない。
【００６５】
質量体１３ｙの質量をｍｙ、トップステージ５とＸＹステージ６と可動ガイド７を合わせたＹ方向の移動体質量をＭｙとすると、質量体１３ｙの必要な駆動ストロークｓｙはＸＹステージのＹ方向のストロークＳｙに対する質量比で決まる。必要最大ストロークは以下の式（８）で表わされる。
【００６６】
【数８】

このとき、ｍｙを大きくして質量比Ｍｙ／ｍｙを小さくし、駆動ストロークｓｙを小さくするほど、質量体１３ｙを駆動するために必要なエネルギーは小さくすることが可能である。
【００６７】
以上述べたように、加減速時にステージベース９に作用するＸ方向、Ｙ方向およびθ方向の大きな駆動反力は、質量体１３ｘ，１３ｙを反対方向に駆動し、逆向きの駆動反力を発生させることにより打ち消され、鏡筒支持体４は揺すられない。また、質量体１３ｘ，１３ｙをそれぞれＸ方向駆動反力、Ｙ方向駆動反力の作用軸上に配置することによって、回転トルクの発生を防止することができる。α方向、β方向のモーメント反力は基盤に伝わり鏡筒支持体を揺するが、この反力は他の方向の力に比べ非常に小さい。
【００６８】
したがって、エアーマウント１１に支持された装置全体および装置に搭載された機構系各部の固有振動が励起されることなく、ウエハステージやレーザ計測システムおよびフォーカス検出システムに外乱振動が伝わらない。
【００６９】
本実施例によれば、ＸＹステージ６の加減速時に発生する慣性力に伴い、ステージベース８に伝わる大きな反力（Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向）を質量体１３ｘ，１３ｙを駆動し前記反力を打ち消すようにしたことにより、エアーマウント１１に支持された装置全体および装置に搭載された機構系各部の固有振動が励起されることなく、ウエハステージやレーザ計測システムおよびフォーカス検出システムに外乱振動が伝わらないため、高速・高精度な位置決めを達成できる。
【００７０】
特に、Ｘ方向に慣性力を発生させる慣性力付与手段がＹ方向に移動可能な構成になっているため、ステージ移動時に発生する振動を可動ガイドに直接反力を作用させて軽減させることができる。
【００７１】
さらに、ＸＹステージの移動にともない慣性力付与手段の質量が移動するため、エアーマウントで支えられている位置決め装置全体の重心位置が一定に保たれ、ウエハの重ね合わせ精度が向上する。
【００７２】
＜第５実施例＞
図１２は本発明の第５の実施例を示す露光装置の正面図である。図１３は図１２の位置決めステージ装置の上面図である。図中、図１０〜１１で示す構成と同様のものには同一番号をつけている。
【００７３】
図１２において、８１はステージベースを支持するために３ヶ所あるいはそれ以上の箇所に配置されたエアーマウント（ダンパ）、１２はエアーマウント１１を介して鏡筒支持体４を支持し、かつエアーマウント８１を介してステージベース８を支持する基台である。慣性力付与機構を構成する所のガイドｌ４ｘは可動ガイド７に、ガイド１４ｙはステージベース８にそれぞれ固定されている。ガイド１４ｘは可動ガイド７に固定されているため、質量体１３ｘおよび１４ｘ等で構成されるＸ方向の慣性力付与機構は、トップステージ５およびＸＹステージ６とともにＹ方向に移動可能である。このとき質量体１３ｘを駆動するときに発生する力の作用軸は、トップステージ５およびＸＹステージ６をＸ方向に駆動するときに発生する力の作用軸と、ベースの基準面に垂直な方向から見たときにほぼ一致するように配置されている。また、質量体１３ｙを駆動するときに発生する力の作用軸は、トップステージ５、ＸＹステージ６、可動ガイド７およびＸ方向慣性力付与手段をＹ方向に駆動するときに発生する力の作用軸と、ベースの基準面に垂直な方向から見たときにほぼ一致するように配置されている。どちらの場合も、ベースの基準面に水平な方向から見たときにも、ほぼ一致していることが望ましい。
【００７４】
上記構成の露光装置においても第４実施例と同様にＸＹステージ６およびトップステージ５を所定の位置に移動するときに加減速に応じて質量体１３（１３ｘ，１３ｙ）を駆動しステージベース８に直接慣性力を付与することにより、ステージベース８は揺すられない。したがって、エアーマウント８１に支持されたウエハステージの固有振動が励起されることはなく、また鏡筒支持体４はエアーマウント８１およびエアーマウント１１によりウエハステージと振動絶縁されているため、装置機構系各部の固有振動が励起されることもない。このため、レーザ計測システムおよびフォーカス検出システムに外乱振動が伝わらない。
【００７５】
本実施例では、鏡筒支持体とウエハステージが別体で構成されている露光装置において、ＸＹステージ６の加減速時に発生する慣性力に伴い、ステージベース８に伝わる大きな反力（Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向）をステージベース８に取り付けられた質量体１３（１３ｘ、１３ｙ）を駆動し前記反力を打ち消すようにしている。これにより、エアーマウント８１に支持されたウエハステージの固有振動が励起されることなく、また鏡筒支持体４はエアーマウント８１およびエアーマウント１１によりウエハステージと振動絶縁されているため、装置機構系各部の固有振動が励起されることがない。よって、レーザ計測システムおよびフォーカス検出システムに外乱振動が伝わることがないため、高速・高精度な位置決めを達成できる。
【００７６】
さらに、ＸＹステージの移動にともない慣性力付与機構の質量が移動するため、エアーマウントで支えられている位置決め装置全体の重心位置が一定に保たれ、ウエハの重ね合わせ精度が向上する。
【００７７】
＜第６実施例＞
図１４は本発明の第６の実施例を示す位置決めステージ装置の上面図である。図中、先の図１０、図１１の実施例と同じ部材には同一番号をつけている。
【００７８】
図１４において、１３ｘ_１，１３ｘ_２，１３ｙ_１，３ｙ_２はステージベース８に慣性力を付与するための質量体、１４ｘ_１，１４ｘ_２，１４ｙ_１，１４ｙ_２はそれぞれ質量体１３ｘ_１，１３ｘ_２，１３ｙ_１，１３ｙ_２を支持案内するガイドである。このうちのガイド１４ｘ_１，１４ｘ_２は可動ガイド７に固定されており、質量体１３ｘ_１，１３ｘ_２およびガイド１４ｘ_１，１４ｘ_２等で構成されるＸ方向慣性力付与手段は、トップステージ５およびＸＹステージ６とともにＹ方向に移動可能である。
【００７９】
質量体１３ｘ_１，１３ｘ_２を移動させるための駆動力の作用軸は、トップステージ５およびＸＹステージ６をＸ方向に移動させる駆動力の作用軸と、ベースの基準面に垂直な方向から見たときにほぼ一致するように配置されている。また、質量体１３ｙ_１，１３ｙ_２を移動させるための駆動力の作用軸は、トップステージ５、ＸＹステージ６、可動ガイド７およびＸ方向慣性力付与機構等をＹ方向に駆動するときの駆動力の作用軸と、ベースの基準面に垂直な方向から見たときにほぼ一致するように配置されている。どちらの場合も望ましくは、ベースの基準面に水平な方向から見たときにも、ほぼ一致している方が良い。
【００８０】
上記構成において、ＸＹステージをＸ方向に駆動するときに発生する駆動反力を打ち消すために質量体１３ｘ_１，１３ｘ_２を駆動してＸ方向に沿ってＸＹステージとは反対方向に移動させる。一方、ＸＹステージをＹ方向に駆動するときは質量体１３ｙ_１，１３ｙ_２を駆動してＹ方向に沿ってＸＹステージとは反対方向に移動させる。
【００８１】
本実施例によれば、質量体１３ｘ_１，１３ｘ_２を可動ガイド７の両脇に配置することにより、質量体駆動時の力の作用軸とトップステージ５およびＸＹステージ６駆動時の力の作用軸とをほぼ一致させることができる。また、複数個の慣性力付与手段によって質量体の配置の制約を軽減させ、設計上の自由度を高めている。
【００８２】
さらに、ＸＹステージの移動にともない慣性力付与機構の質量が移動するため、エアーマウントで支えられている位置決め装置全体の重心位置が一定に保たれ、ウエハの重ね合わせ精度が向上する。
【００８３】
また、質量体１３ｙ_１，１３ｙ_２を左右対称的に配置することにより、複数の各エアーマウント８１にかかる荷重負荷を分散して、特定のエアーマウントに過大な荷重がかかることを防ぐことができる。
【００８４】
＜第７実施例＞
第７の実施例では、前述のＸ方向およびＹ方向に慣性力を付与するための直動慣性力付与機構の他に、回転慣性力を付与するための回転慣性力付与機構を設け、より効果的に反力を作用させてステージ移動時の振動を軽減させる。
【００８５】
図１５は本発明の第７実施例を示す露光装置の正面図である。図１６は図１５における位置決めステージ装置の上面図である。図中、図１〜４で示す構成と同様のものには同一番号をつけている。
【００８６】
図において、１３（１３ｘ，１３ｙ）は定盤９に慣性力を付与するための質量体、１４（１４ｘ，１４ｙ）は質量体１３を支持案内するガイドであり、定盤９に固定されている。
【００８７】
３５は定盤９に回転慣性力を付与するための回転質量体、３６は回転質量体３５を支持案内するガイドであり、定盤９に固定されている。回転質量体３５を駆動するモータ（不図示）は、回転トルクのみを発生させ、並進力は発生させないものが望ましい。そのため、回転質量体３５を駆動するモータとしては、例えば電磁力を用いて非接触にトルクを発生させられるものが好ましい。
【００８８】
質量体１３ｘ，１３ｙおよびガイド１４ｘ，１４ｙで構成される慣性力付与機構の構造は第１実施例（図３）で説明した通りである。また、レーザ計測システム、および制御系についても、第１実施例（図４、図５）で説明した通りである。ただし、質量体駆動用ドライバによる質量体１３ｘ，１３ｙおよび３５のドライブ方法については後述する。
【００８９】
上記構成において、まず露光すべきウエハ（不図示）をトップステージ５に載置し、不図示の外部のコントローラからＸＹステージ６およびトップステージ５に駆動信号を与え、上記ウエハを投影レンズ３下の所定の位置および姿勢に駆動する。ここで、上記ウエハのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向および各軸の回転方向（それぞれα方向、β方向、θ方向）の目標とする位置に対する偏差が、レーザ計測システムの出力を基に外部のコントローラにより計算され、各々の駆動部にフィードバックされ、ウエハは所定の位置、姿勢に位置決め制御される。そして露光後、次の所定の位置に移動し露光するという動作を繰り返す。ＸＹステージ６の移動は、所定の速度曲線に倣うように図５のコントローラ１５３からリニアモータドライバ１５６に指令信号が与えられ、リニアモータが前記指令信号に応じた駆動力を発生することにより行なわれる。前記駆動力の大きさはＸＹステージ６の質量と所定の加減速度とで決まる慣性力と等しく、その駆動反力がステージベース８に作用し定盤９に伝わる。このとき、コントローラ１５３からは質量体駆動用ドライバ１５５に前記駆動反力を打ち消すように指令信号が与えられ、質量体１３ｘ，１３ｙ，３５が定盤９の変位を極力小さくなるように駆動される。
【００９０】
例えば、前記駆動信号（駆動反力を打ち消すための指令信号）は次のように求められる。図１７において、Ｘ方向駆動時を想定する。ＸＹステージ６とトップステージ５を駆動するときの反力をＦｘ、質量体１３ｘを駆動するときに発生する反力をＲｘ、質量体３５を回転させるときに発生する反力トルクをＴθとし、定盤９と定盤９上に設置されて駆動反力を受けるすべてのものを合わせた重心をＧとし、重心Ｇから可動ガイド上のリニアモータ固定子２２の中心までの距離をＬｘ、重心Ｇから質量体１３ｘを駆動するリニアモータ固定子５３の中心までの距離をｌｘとすると、各力の作用点間の距離Ｌｘ、ｌｘは予め求められ、力の釣合い式とモーメントの釣合い式より反力Ｒｘ、Ｔθは次式（９）で表わされる。
【００９１】
【数９】

質量体１３ｘの質量をｍｘ、トップステージ５とＸＹステージ６を合わせたＸ方向の移動体質量をＭｘとすると、質量体１３ｘの必要な駆動ストロークｓｘはＸＹステージ６のＸ方向のストロークＳｘに対する質量比で決まる。必要最大ストロークは次式（１０）で表わされる。
【００９２】
【数１０】

また、図１８に示すように、Ｙ方向駆動についても同様に、駆動反力をＦｙ_１、Ｆｙ_２、質量体１３ｙを駆動して発生させる反力をＲｙ、重心Ｇから各力の作用点までの距離をＬｙ_１、Ｌｙ_２、ｌｙとする。質量体３５を回転させるときに発生する反力トルクをＴθとすると、反力Ｒｙ、Ｔθは次式（１１）で表わされる。
【００９３】
【数１１】

質量体１３ｙの質量をｍｙ、トップステージ５とＸＹステージ６と可動ガイド７をあわせたＹ方向の移動体質量をＭｙとすると、質量体１３ｙの必要な駆動ストロークｓｙはＸＹステージ６のＹ方向のストロークＳｙに対する質量比で決まる。必要最大ストロークは次式（１２）で表わされる。
【００９４】
【数１２】

また、質量体１３ｘ，１３ｙの作用軸が重心Ｇ上にあると、ｌｘ、ｌｙが０となり、反力トルクＴθの計算が容易となる。
【００９５】
以上述べたように、加減速時にステージベース９に作用するＸ方向、Ｙ方向およびθ方向の大きな駆動反力は、質量体１３ｘ，１３ｙ，３５を反対方向に駆動し逆向きの駆動反力を発生させることにより打ち消され、鏡筒支持体４は揺すられない。α方向、β方向のモーメント反力は定盤９に伝わり鏡筒支持体４を揺するが、この反力は他の方向の力に比べ非常に小さい。
【００９６】
したがって、エアーマウント１１に支持された装置全体および装置に搭載された機構系各部の固有振動が励起されることなく、ウエハステージやレーザ計測システムおよびフォーカス検出システムに外乱振動が伝わらない。
【００９７】
本実施例によれば、ＸＹステージ６の加減速時に発生する慣性力に伴い、ステージベース８に伝わる大きな反力（Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向）を、定盤９に取り付けられた質量体１３ｘ，１３ｙ，３５を駆動し前記反力を打ち消すようにしたことにある。これによれば、エアーマウント１１に支持された装置全体および装置に搭載された機構系各部の固有振動が励起されることなく、ウエハステージやレーザ計測システムおよびフォーカス検出システムに外乱振動が伝わらないため、高速・高精度な位置決めを達成できる。
【００９８】
さらに、ＸＹステージ６が移動するとステージ自体の重量で、複数のエアーマウント１１の支持力の配分が変化するが、慣性力付与手段の質量体がステージの重心移動を打ち消す。したがって、鏡筒支持体４および定盤９（装置本体構造体）を支持するエアーマウント１１の支持力バランスが変化しない。したがって、定盤９および鏡筒支持体４の姿勢変動や構造体変形が生じず高精度な位置決めが行なわれる。
【００９９】
また、ステージ移動に伴う装置本体（鏡筒支持体および定盤）の変形を抑えることができるため、ウエハの大型化に伴いウエハステージが大型化されても装置本体の高剛性化、大型化によるコストアップを抑えることができる。
【０１００】
＜第８実施例＞
図１９は本発明の第８の実施例に係る露光装置の正面図である。同図において、前述の第７実施例と同じ部材には同一番号をつけている。図１９において、８１はステージベース８を支持するために３ヵ所あるいはそれ以上の箇所に配置されたエアーマウント、１２はエアーマウント１１を介して鏡筒支持体４を支持し、且つエアーマウント８１を介してステージベース８を支持する基台である。慣性力付与手段を構成するところのガイド１４ｘ，１４ｙ，３６はステージベース８に固定されている。
【０１０１】
上記構成の露光装置においても、第７実施例と同様にＸＹステージ６およびトップステージ５を所定の位置に移動するときの加減速に応じて質量体１３（１３ｘ，１３ｙ）、３５を駆動しステージベース８に直接慣性力を付与することにより、ステージベース８は揺すられない。したがって、エアーマウント８１に支持されたウエハステージの固有振動が励起されることはなく、また鏡筒支持体４はエアーマウント８１およびエアーマウント１１によりウエハステージと振動絶縁されているため、装置機構系各部の固有振動が励起されることもない。このため、レーザ計測システムおよびフォーカス検出システムに外乱振動が伝わらない。
【０１０２】
本実施例によれば、鏡筒支持体４とウエハステージ８が別体で構成構成されている露光装置において、ＸＹステージ６の加減速時に発生する慣性力に伴い、ステージベース８に伝わる大きな反力（Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向）を、ステージベース８に取り付けられた質量体１３（１３ｘ，１３ｙ）、３５を駆動して打ち消すようにしたことにある。これによれば、エアーマウント８１に支持されたウエハステージの固有振動が励起されることがない。また鏡筒支持体４はエアーマウント８１およびエアーマウント１１によりウエハステージと振動絶縁されているため、装置機構系各部の固有振動が励起されることがない。したがって、レーザ計測システムおよびフォーカス検出システムに外乱振動が伝わらず、高速・高精度な位置決めを達成できる。
【０１０３】
＜第９実施例＞
図２０は本発明の第９の実施例に係る露光装置のステージ部分の上面図である。この図において、前述の実施例と同じ部材には同一番号をつけている。図２０において、１３ｘ１，１３ｘ２，１３ｙ１，１３ｙ２，３５はステージべース８に慣性力を付与するための質量体、１４ｘ１，１４ｘ２，１４ｙ１，１４ｙ２，３６は質量体１３ｘ１、１３ｘ２、１３ｙ１、１３ｙ２、３５を支持案内するガイドでありステージべース８に固定されている。
【０１０４】
上記構成において、ＸＹステージをＸ方向に駆動するときに発生する駆動反力を打ち消すときは、質量体１３ｘ１、１３ｘ２および３５を駆動し、ＸＹステージをＹ方向に駆動するときは質量体１３ｙ１、１３ｙ２および３５を駆動することにより、第８実施例と同等の効果が得られる。
【０１０５】
本実施例によれば、質量体１３ｘ１，１３ｘ２，１３ｙ１，１３ｙ２を対称に配置したことにあり、これによれば、エアーマウント８にかかる負荷を一定にし、特定のエアーマウントに過大な荷重が架かるのを防ぐことができる。
【０１０６】
＜第１０実施例＞
図２１は、本発明の第１０の実施例に係る露光装置のステージ部分の上面図である。同図において、前述の実施例と同じ部材には同一番号をつけている。図２１において、１３ｘ１，１３ｘ２，１３ｙ１，１３ｙ２，３５はステージべース８に慣性力を付与するための質量体、１４ｘ１，１４ｘ２，１４ｙ１，１４ｙ２，３６は質量体１３ｘ１，１３ｘ２，１３ｙ１，１３ｙ２，３５を支持案内するガイドでありステージべース８に固定されている。
【０１０７】
上記構成において、ＸＹステージをＸ方向に駆動するときに発生する駆動反力を打ち消すときは、質量体１３ｘ１、１３ｘ２および３５を駆動し、ＸＹステージをＹ方向に駆動するときは質量体１３ｙ１、１３ｙ２および３５を駆動することにより、第８実施例と同等の効果が得られる。
【０１０８】
本実施例によれば、装置全体の大きさを大きくすることなく、質量体１３ｘ１，１３ｘ２，１３ｙ１，１３ｙ２の移動ストロークを長くし、質量体１３ｘ１，１３ｘ２，１３ｙ１，１３ｙ２質量を軽くしたことにある。これによれば、装置全体の質量を軽量化することができる。
【０１０９】
【デバイス生産方法の実施例】
次に上記説明した露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
図２２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１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行なう。ステップ２（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３（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４（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５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によっ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６（検査）ではステップ５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なう。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７）される。
【０１１０】
図２３は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（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１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明したアライメント装置を有する露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（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１９（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なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施例ではこの繰り返しの各プロセスにおいて、上記述べたように慣性力付与手段を適切に駆動制御するすることで、プロセスに影響を受けず正確な位置合わせを可能としている。
本実施例の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造することができる。
【０１１１】
【効果の説明】
以上のように、上記各実施例によれば、ステージの移動加速度による加振力は、リニアモータを用いた慣性力付与機構により打ち消されるため、装置全体および装置に搭載される機構系の固有振動が励起されることがない。したがって、ステージに搭載されたウエハの投影レンズに対する位置決めを高速、 高精度に行なうことができる。
【０１１２】
また、上記実施例では、ステージおよび質量体の駆動にリニアモータを用いている。そのためボールねじのような、ふれ回りが生じず、定盤やステージに回転モーメントが伝達されず、外乱振動が軽減されるため、高速・高精度な露光を行なうことができる。さらに、ステージおよび質量体とも、非接触駆動が可能であるため、ボールねじの場合に起きがちな固有振動による残留振動を抑えることができる。また、ステージの駆動手段と質量体の駆動手段が、ともにリニアモータであるため、異種の駆動手段では打ち消すことが困難であった微小な振動も容易に相殺することができる。
【０１１３】
また、ステージが移動するとステージ自体の重量で複数の振動除去機構の支持力の配分が変化するが、慣性力付与機構の質量体がステージの重心移動を打ち消す。したがって、定盤を支持する振動除去機構の支持力バランスが変化しない。したがって、定盤およびそれらに搭載されているウエハや投影光学系の姿勢変動や構造体変形が生じず高精度な位置決めが行なわれる。
【０１１４】
また、ステージ移動に伴う装置本体の変形を抑えることができるため、ウエハの大型化に伴いステージが大型化されても装置本体の高剛性化、大型化によるコストアップを抑えることができる。
以上のように、所定の方向に所望の慣性力を発生させる慣性力付与機構により、ステージの移動加速度による振動の励起を当該所定方向に関して打ち消すことができる。また、慣性力付与機構に質量体の移動を利用しているため、ステージの移動加速度による慣性力を軽減するほかに、ステージの重心位置の変化も打ち消す効果がある。特に、第４〜６実施例によれば、第２方向に慣性力を発生させる慣性力付与機構がステージとともに第１の方向に移動可能な構成になっている。このため、ステージの第２方向への移動時に発生する振動を可動ガイドに直接反力を作用させて軽減させることができる。したがって、位置決め装置の高速・高精度な位置決めを行なうことができる。
【０１１５】
また、回転モーメントを発生するための回転慣性力付与手段により、モーメント反力を容易に打ち消すことができる。したがって、エアーマウントに支持された装置全体および装置に搭載された機構系各部の固有振動が励起されることなく、ウエハステージやレーザ計測システムおよびフォーカスシステムに外乱が伝達されないため、高速・高精度な位置決めを達成できる。
【０１１６】
また、二次元のステージの移動加速度による加振力は、慣性力付与機構により打ち消されるため、装置全体および装置に搭載される機構系の固有振動が励起されることがない。したがって、ステージの露光用光学系等に対する高速・高精度な位置決めを行なうことができる。
【０１１７】
また、慣性力付与機構を複数設置することで、慣性力付与機構の配置に対する設計上の自由度を上げることができ、ステージ駆動機構の力作用軸と慣性力付与機構の力作用軸とを略一致させることが容易になる。
【０１１８】
さらに、慣性力付与機構の質量体がステージの重心移動を打ち消すので、鏡筒支持体および基盤（装置本体構造）を支持するエアーマウントの支持力のバランスが変化しない。したがって、位置決め装置全体および鏡筒支持体の姿勢変動や構造体変形が生じず、高精度な半導体露光装置が実現する。
本発明は、本発明の精神と観点を外れない範囲で種々変更することができ、クレームに限定される以外、特定の実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例に係る投影露光装置を表わす正面図である。
【図２】 図１に示した投影露光装置におけるウエハ搭載ステージ部分の上面図である。
【図３】 図１に示した投影露光装置の質量体およびそのガイド部分の詳細構成を示す図である。
【図４】 図１に示した投影露光装置におけるレーザ計測システムの配置を説明する図である。
【図５】 図１に示した投影露光装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図６】 図１に示した投影露光装置のウエハ搭載ステージ部分における、Ｘ方向の作用、反作用を説明する図である。
【図７】 図１に示した投影露光装置のウエハ搭載ステージ部分における、Ｙ方向の作用、反作用を説明する図である。
【図８】 本発明の第２の実施例に係る投影露光装置を表わす正面図である。
【図９】 本発明の第３の実施例に係るウエハ搭載ステージ部分の上面図である。
【図１０】 本発明の第４の実施例に係る投影露光装置を表わす正面図である。
【図１１】 図１０に示した投影露光装置におけるウエハ搭載ステージ部分の上面図である。
【図１２】 本発明の第５の実施例に係る投影露光装置を表わす正面図である。
【図１３】 図１２に示した投影露光装置におけるウエハ搭載ステージ部分の上面図である。
【図１４】 本発明の第６の実施例に係る投影露光装置のウエハ搭載ステージ部分の上面図である。
【図１５】 本発明の第７の実施例に係る投影露光装置を表わす正面図である。
【図１６】 図１５に示した投影露光装置におけるウエハ搭載ステージ部分の上面図である。
【図１７】 図１５に示した投影露光装置のウエハ搭載ステージ部分における、Ｘ方向の作用、反作用を説明する図である。
【図１８】 図１５に示した投影露光装置のウエハ搭載ステージ部分における、Ｙ方向の作用、反作用を説明する図である。
【図１９】 本発明の第８の実施例に係る投影露光装置を表わす正面図である。
【図２０】 本発明の第９の実施例に係る投影露光装置を表わすウエハ搭載ステージ部分の上面図である。
【図２１】 本発明の第１０の実施例に係る投影露光装置を表わすウエハ搭載ステージ部分の上面図である。
【図２２】 第１〜１０実施例で説明した投影露光装置を適用できるデバイス製造工程を説明する図である。
【図２３】 第１〜１０実施例で説明した投影露光装置を適用できるデバイス製造工程を説明する図である。
【図２４】 従来の投影露光装置を表わす上面図である。
【符号の説明】
１：照明部、２：レチクル、３：投影レンズ、４：鏡筒支持体、５：トップステージ、６：ＸＹステージ、７：可動ガイド、８：ステージベース、９：定盤、１１，８１：エアーマウント、１２：基台、１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ），１１３（１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄ）：質量体、１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ），１１４（１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄ）：ガイド、１６ａ：フォーカス検出部の投光部、１６ｂ：フォーカス検出部の受光部、２２，２２ａ，２２ｂ，５３：リニアモータ固定子、２４ａ，２４ｂ，５２：リニアモータ可動子、３５：回転質量体、３６：回転質量体ガイド、１５５：質量体駆動用ドライバ、１５６：リニアモータドライバ。

Claims (24)

1. 定盤上で第１方向に移動可能な第１移動体と、第１方向に直交する第２方向に移動可能な第２移動体とを含み、２軸方向に移動可能なステージと、
   該第１移動体を第１方向へ移動させる第１移動手段と、
   該第２移動体を第２方向に移動させる第２移動手段と、
   前記定盤に慣性力を発生させる第１慣性力付与手段とを有し、
   該第１慣性力付与手段は、移動可能に支持された質量体と、該質量体を第１方向に移動させる質量体移動手段と、前記ステージの移動によって生じる慣性力を打ち消すように前記質量体移動手段を制御する制御手段とを備え、前記質量体移動手段の固定子は前記第２移動体に固定されることを特徴とする位置決め装置。
2. 前記第１慣性力付与手段は、前記質量体を支持案内するガイドを備え、該ガイドは前記第２移動体に固定されることを特徴とする請求項１記載の位置決め装置。
3. 前記ガイドが静圧軸受を有することを特徴とする請求項１または２記載の位置決め装置。
4. 前記移動手段はリニアモータを有し、該リニアモータの固定子は前記定盤に固定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の位置決め装置。
5. 前記第２移動手段の力作用軸と、前記第１慣性力付与手段の力作用軸とが、前記定盤の基準面に垂直な方向から見た時にほぼ一致していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の位置決め装置。
6. 前記定盤に配置され、前記第１方向への所望の慣性力を付与するための第２慣性力付与手段を更に含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の位置決め装置。
7. 前記第１移動手段の力作用軸と、前記第２慣性力付与手段の力作用軸とが、前記基準面に垂直な方向から見た時にほぼ一致していることを特徴とする請求項６記載の位置決め装置。
8. 前記第１および第２慣性力付与手段は、前記第１もしくは第２移動体の移動に伴う重心位置変化または慣性力が軽減するように、該第１もしくは第２移動体の移動とほぼ同時に、慣性力付与のための質量体を移動させることを特徴とする請求項６または７記載の位置決め装置。
9. 前記第１および第２慣性力付与手段の少なくとも一方が複数の質量体を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の位置決め装置。
10. 前記第１および第２移動体の位置情報または加速度情報を得るための計測手段を更に備え、
    前記第１および第２慣性力付与手段は、前記計測手段で得られた情報に基づいて慣性力を付与するための質量体の移動を制御することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の位置決め装置。
11. 前記計測手段は、レーザ干渉計を有することを特徴とする請求項１０に記載の位置決め装置。
12. 基準面を有する定盤と、
    前記基準面に沿って移動可能なステージと、
    該ステージを移動させる移動手段と、
    前記定盤に対して並進方向に移動可能に支持された質量体と、前記質量体を移動させる質量体移動手段とを含み、前記質量体移動手段を駆動して前記定盤に並進方向の慣性力を付与する並進慣性力付与手段と、
    前記定盤に対して回転可能に支持された回転質量体と、前記回転質量体を回転させる回転モータとを含み、前記回転モータを駆動して前記定盤に回転方向の力を付与する回転力付与手段と、
    前記ステージおよび前記質量体の加減速に応じて前記定盤に作用する回転方向の力を打ち消すように前記回転モータを制御する制御手段と
    を有することを特徴とする位置決め装置。
13. 前記並進慣性力付与手段は、前記質量体を支持案内するガイドを具備し、該ガイドは定盤に固定されることを特徴とする請求項１２に記載の位置決め装置。
14. 前記並進慣性力付与手段のガイドは、静圧空気軸受を有することを特徴とする請求項１３に記載の位置決め装置。
15. 前記制御手段は、前記ステージの並進方向における駆動反力を打ち消すように、前記質量体移動手段を制御することを特徴とすることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１つに記載の位置決め装置。
16. 前記移動手段はリニアモータであり、前記リニアモータの固定子が前記定盤に固定されることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１つに記載の位置決め装置。
17. 前記回転力付与手段は、前記回転質量体を支持案内するガイドを備え、前記ガイドは前記定盤に固定されることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１つに記載の位置決め装置。
18. 前記回転力付与手段のガイドは、静圧軸受を有することを特徴とする請求項１７に記載の位置決め装置。
19. 前記回転質量体の回転軸は、前記定盤の基準面と直交することを特徴とする請求項１２〜１８のいずれか１つに記載の位置決め装置。
20. 請求項１〜１９のいずれか１つに記載の位置決め装置をウエハステージに用いたことを特徴とする露光装置。
21. 前記定盤が、床に除振手段を介して配置され、該定盤上に投影光学系が搭載されていることを特徴とする請求項２０記載の露光装置。
22. 前記定盤が、床に除振手段を介して配置され、投影光学系は該除振手段とは別の除振手段を介して床に設置されたほかの定盤上に搭載されていることを特徴とする請求項２１記載の露光装置。
23. 請求項２０〜２２のいずれか１つに記載の露光装置を用意するステップと、ウエハにレチクルパターンを転写するステップを有することを特徴とするデバイス製造方法。
24. ウエハに露光された部分を現像するステップと、ウエハ上に形成されたチップを切り離すステップとを更に有することを特徴とする請求項２３記載のデバイス製造方法。

Images