JPWO2004107416A1 - 露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

この露光装置は、マスクから射出された露光光を基板上に照射する投影光学系と、前記投影光学系を支持する第１支持部材と、前記第１支持部材を支持する支持構造体とを有し、前記支持構造体が前記第１支持部材を支持する位置は、前記第１支持部材が前記投影光学系を支持する位置よりも上方にある。

Description

本発明は、高集積半導体回路素子の製造のためのリソグラフィ工程のうち、転写工程で用いられる露光装置に関する。
本願は、２００３年５月２７日に出願された特願２００３−１４８６６５号、及び２００４年４月１４日に出願された特願２００４−１１８８６１号に対し優先権を主張し、その内容をここに援用する。

半導体素子等を製造するリソグラフィ工程では、種々の露光装置が用いられおり、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆるステッパ）や、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）などの逐次移動型の投影露光装置が主流となっている。
このような露光装置においては、半導体メモリの大容量化やＣＰＵプロセッサの高速化・大集積化の進展とともにウエハ上に形成されるレジストパターンの微細化の要求が高まっており、高い露光精度が要求されている。また、露光装置は、デバイスの量産に用いられるものであることから、高いスループットも必然的に要求される。このため、露光波長の短波長化及び投影光学系の開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）の増大による解像力向上、並びにウエハステージ或いはレチクルステージの位置制御性の向上や高加速度化等によって、露光精度並びにスループットの向上が図られてきた。
しかしながら、投影光学系のＮＡを増大させると、投影光学系の形状や重量が増大し、また、レチクルステージの高加速度化は振動を増加させてしまうので、特開２００２−３０５１４０号公報に開示されるように、投影光学系やステージ等を支持するフレーム類の構成や防振装置の配置等を工夫して、振動の増加を抑えていた。
しかしながら、上述した技術では、振動の発生を抑えることを目的としており、直接的にフレーム類の剛性を向上させるものではなかった。したがって、更なる投影光学系のＮＡの増大やステージの高加速度化に対応するためには、フレーム類を大型化して対応せざるを得ないが、露光装置の設置場所や輸送上の制約から、フレーム類の大型化には限界がある。
このため、微細パターンを形成するために、投影光学系のＮＡやステージの加速度を向上させると、従来に比べてフレーム類の剛性が相対的に低下するので、振動が増大して、却って、微細パターンの形成が困難になるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、コンパクトかつ高剛性のフレーム類を備えることにより、露光装置を巨大化させることなく、更なる投影光学系のＮＡの増大やステージの高加速度化に対応して、微細パターンの形成することができる露光装置を提供することを目的とする。
本発明に係るステージ装置及び露光装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明の第１の態様は、露光装置（ＳＴ）であって、マスクから射出された露光光を基板上に照射する投影光学系（３０）と、投影光学系（３０）を支持する第１支持部材（１１０）と、第１支持部材（１１０）を支持する支持構造体（２００）とを有し、支持構造体（２００）が第１支持部材（１１０）を支持する位置は、第１支持部材（１１０）が投影光学系（３０）を支持する位置よりも上方にある。この態様によれば、第１支持部材が略逆アーチ形に形成されるので、投影光学系の振動が減少したり、第１支持部材を構成要素とする本体フレームの剛性を向上させたり、また、支持構造体を高剛性に構成することが可能となる。
また、支持構造体（２００）が第１支持部材（１１０）を支持する位置は、投影光学系（３０）の重心（３２）の位置と略同一の高さであるものでは、第１支持部材に支持力が加わる位置と、投影光学系の重心の位置が略同一の高さになるので、支持力が加わる位置と投影光学系の重心の位置との距離を最小とすることができ、第１支持部材の変形を最小限に抑えることができる。
また、支持構造体（２００）は、防振装置（１５０）を備え、防振装置（１５０）を介して第１支持部材（１１０）を支持しているものでは、投影光学系を重心周りに回転させる振動の発生を抑えられるので、防振装置により、容易かつ効果的に第１支持部材の振動を抑えることができる。
また、投影光学系用センサ（１３１）が配置されるセンサ支持体（１３０）を更に有し、センサ支持体（１３０）は、第１支持部材（１１０）の下面側に配置されるものでは、支持構造体として不適なセンサ支持体により大型化しつつある投影光学系を支持する必要がないので、露光装置の剛性を高めるとともに、第１支持部材をコンパクトに形成することが可能となる。
また、マスクを保持するマスクステージ（２０）と、マスクステージ（２０）を支持する第２支持部材（１２０）とを更に有し、第２支持部材（１２０）は、支持構造体（２００）が第１支持部材（１１０）を支持する位置で第１支持部材（１１０）に接続されるものでは、略アーチ形に形成された第２支持部材と略逆アーチ形に形成された第１支持部材とが結合されるので、第１支持部材と第２支持部材とを結合して構成される本体フレームの剛性を向上させることができる。
また、第１支持部材（１１０）が、第２支持部材（１２０）よりも重量が大きいものでは、本体フレームとしての重心を低くすることができる。
また、第１支持部材（１１０）は、第２支持部材（１２０）よりも比重が大きい材料が用いられるものでは、より容易に第１支持部材の重量を第２支持部材の重量よりも大きくすることができる。
また、第２支持部材（１２０）の材料は、金属マトリックス複合材であるものでは、第２支持部材の高剛性化及び軽量化が実現できる。
また、第１支持部材（１１０）と第２支持部材（１２０）との少なくとも一方に温調部（７０）が設けられるものでは、第１支持部材と第２支持部材の温度は一定に保たれ、周囲温度の影響を受けづらくなる。
また、支持構造体（２００）は、基板ステージ（４０）を支持する床部（２１２）と、第１支持部材（１１０）を支持する複数の支柱（２１３，２２１）と、支柱（２１３，２２１）同士をそれらの上部において連結する少なくとも１本の梁部（２２２）とを有し、梁部（２２２）と、第１支持部材（１１０）が投影光学系（３０）を支持する位置とが、略同一の高さに配置されるものでは、支持構造体がラーメン構造に形成されるので、剛性を向上させることができる。また、梁部と投影光学系を支持する位置とが略同一の高さになるので、支持構造体の側面の開口部を大きく形成することが可能となり、基板ステージのメンテナンスを行うことができる。
また、支柱（２１３，２２１）は、高さ方向の中央部において上下に分割されるとともに、中央部において連結されているものでは、振動に伴う応力が集中しづらい部分に支柱同士の結合部を配置できるので、支持構造体の剛性を高く維持することができる。
本発明の第２の態様は、デバイスの製造方法であって、リソグラフィ工程を含み、リソグラフィ工程において第１の発明に係る露光装置（ＳＴ）を用いる。この態様によれば、振動が少なく、かつ、防振しやすいフレーム構造を備える露光装置が用いられるので、投影光学系の開口数の増大やステージの高加速度化が実現可能となり、レジストパターンの微細化を達成することができる。

図１は、露光装置の構成を模式的に表した図である。
図２は、露光装置の斜視図である。
図３は、露光装置の分解斜視図である。
図４は、従来の露光装置を模式的に表した図である。

以下、本発明に係るステージ装置及び露光装置の実施形態について図を参照しながら説明する。ただし、本発明は以下の各実施例に限定されるものではなく、例えばこれら実施例の構成要素同士を適宜組み合わせてもよい。
図１は、露光装置ＳＴの構成を模式的に表した図である。
露光装置ＳＴは、レチクル（マスク）とウエハ（基板）とを一次元方向（ここでは、図１における紙面内左右方向であるＸ軸方向とする）に同期移動しつつ、レチクルに形成された回路パターンを投影光学系３０を介してウエハ上の各ショット領域に転写する、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置、すなわちいわゆるスキャニング・ステッパである。
露光装置ＳＴは、光源５０からの照明光によりレチクルを照明する照明光学系１０、レチクルを保持するレチクルステージ２０、レチクルに形成されたレチクルアライメントマークを検出してレチクルの位置を計測するレチクルアライメント２５、レチクルから射出される照明光をウエハ上に投射する投影光学系３０、ウエハを保持するウエハステージ４０、レチクルステージ２０と投影光学系３０等を保持する本体フレーム１００と、本体フレーム１００及びウエハステージ４０を支持する基礎フレーム２００等を備える。
照明光学系１０は、ハウジング１１と、その内部に所定の位置関係で配置されたリレーレンズ系、光路折り曲げ用ミラー、コンデンサレンズ系等から成る光学部品を備える。この照明光学系１０は、本体フレーム１００を構成する第２架台１２０の上面に固定された上下方向に伸びる照明系支持部材１２によって支持される。
また、露光装置ＳＴ本体の側部（図１の右側）には、露光装置ＳＴ本体と分離されて、振動の伝達がないように設置された光源５０と照明光学系分離部５１が配置される。
そして、光源５０から射出されたレーザビームは、照明光学系分離部５１を介して照明光学系１０に入射され、レーザビームの断面形状が整形されるとともに照度分布がほぼ均一な照明光（露光光）となってレチクル上に照射される。
レチクルステージ（マスクステージ）２０は、本体フレーム１００を構成する第２架台１２０の上面に不図示の非接触ベアリング（例えば気体静圧軸受け）を介して浮上支持される。レチクルステージ２０は、レチクルを保持するレチクル微動ステージと、レチクル微動ステージと一体に走査方向であるＸ軸方向に所定ストロークで移動するレチクル粗動ステージと、これらを移動させるリニアモータ等を備える。
レチクル微動ステージには、矩形開口が形成されており、開口周辺部に設けられたレチクル吸着機構によりレチクルが真空吸着等により保持される。
また、第２架台１２０上の端部には、レーザ干渉計（不図示）が設けられており、レチクル微動ステージの２次元的な位置及び回転角、並びに微動ステージのＸ軸方向の位置が高精度に計測され、この計測結果に基づいて微動ステージの位置及び速度が制御される。
レチクルアライメント２５は、レチクルステージ２０上に保持されたレチクルを観察するアライメント光学系と撮像装置とをベース部材上に配置してなり、非走査方向であるＹ方向に沿ってレチクルステージ２０を跨ぐようにレチクルステージ２０の上方に設けられて、第２架台１２０上に支持される。そして、ベース部材上に配置されたアライメント光学系及び撮像装置によりレチクル上に形成されたレチクルアライメントマークを検出する。また、照明光学系１０によるレーザビームの照射位置に対応するベース部材上の位置には、矩形開口が設けられており、この開口を通してレーザビームはレチクルを照射する。
なお、アライメント光学系や撮像素子等が配置されるレチクルアライメント２５のベース部材は、レチクルステージ２０が備えるリニアモータへの電磁気的影響を考慮して、非磁性材料、例えばオーステナイト系ステンレスで構成されている。
投影光学系３０は、物体面側（レチクル側）と像面側（ウエハ側）の両方がテレセントリックであり、所定の投影倍率β（βは、例えば１／５）で縮小する縮小系が用いられる。このため、レチクルに照明光学系１０から照明光（紫外パルス光）が照射されると、レチクル上に形成された回路パターン領域のうちの紫外パルス光によって照明された部分からの結像光束が投影光学系３０に入射し、その回路パターンの部分倒立像が紫外パルス光の各パルス照射の度に投影光学系３０の像面側の視野中央にＹ軸方向に細長いスリット状又は矩形状（多角形）に制限されて結像される。これにより、投影された回路パターンの部分倒立像は、投影光学系３０の結像面に配置されたウエハ上の複数のショット領域のうちの１つのショット領域表面のレジスト層に縮小転写される。
投影光学系３０の外周には、投影光学系３０を支持するためにフランジ３１が設けられる。フランジ３１は、投影光学系３０の設計上の制約から、投影光学系３０の重心３２よりも下方に配置される。また、微細パターンの要求により、投影光学系３０の開口数ＮＡは、例えば、０．９以上に増大しつつあり、それに伴い、投影光学系３０の外径、重量が大型化している。
そして、投影光学系３０は、本体フレーム１００を構成する第１架台１１０に設けられた穴部１１３に挿入されて、フランジ３１を介して支持される。
ウエハステージ（基板ステージ）４０は、基礎フレーム２００の内部に配置される。ウエハステージ４０は、例えばリニアモータ等によりＸ軸方向に連続移動するとともに、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にステップ移動する。さらに、ウエハステージ４０の内部には、ウエハのレベリング及びフォーカシングを行うためにウエハをＺ軸方向、θｘ方向（Ｘ軸回りの回転方向）、及びθｙ方向（Ｙ軸回りの回転方向）の３自由度方向に微小駆動するための試料台（不図示）が組み込まれている。
また、ウエハステージ４０には、ステージの駆動時に発生する反力をキャンセルするため、ステージとは反対方向に移動するカウンタマスが配設されている。
そして、ウエハの大型化（直径３００ｍｍ，１６インチ等）に伴い、ウエハステージ４０の形状及び重量は増大傾向にある。
このような構成を備える露光装置ＳＴは、照明光のもとで、レチクルの照明領域内のパターンの像が、投影光学系３０を介して投影倍率βで表面にレジストが塗布されたウエハ上のスリット状の露光領域（照明領域に共役な領域）に投影される。この状態でレチクルとウエハとを同期して所定の走査方向（Ｘ軸方向）に移動することで、ウエハ上の一つのショット領域にレチクルのパターンが転写される。
次に、本体フレーム１００及び基礎フレーム２００について、図１〜図４を参照して説明する。
図１は、露光装置ＳＴの構成を模式的に表した図である。図２は、露光装置ＳＴの斜視図であり、図３は、露光装置ＳＴの分解斜視図である。また、図４は、従来の露光装置を模式的に表した図である。
まず、本体フレーム１００は、投影光学系３０等を支持する第１架台１１０（第１支持部材）と、投影光学系３０の上方に配置されるレチクルステージ２０等を支持する第２架台１２０（第２支持部材）とから構成される。
第１架台１１０は、円筒状の投影光学系３０の外径よりもやや大きく形成された穴部１１３を備える鏡筒支持盤１１１と、鏡筒支持盤１１１の外周部に鏡筒支持盤１１１よりも上方に形成されて、基礎フレーム２００や第２架台１２０と接続する第１架台接続部１１２とから構成される。第１架台接続部１１２は、第１架台１１０の安定性を考慮すると３箇所であることが望ましいが、これに限るのもではない。また、鏡筒支持盤１１１と第１架台接続部１１２とは、締結手段等で連結される構造ではなく、一体に形成される。
そして、鏡筒支持盤１１１の穴部１１３には、投影光学系３０が挿入されて、投影光学系のフランジ３１が鏡筒支持盤１１１の上面に支持される。したがって、第１架台１１０は、露光装置ＳＴの側方（図１の紙面方向）から見ると、逆アーチ形に形成されて、投影光学系３０を支持する。
また、第１架台１１０は、構造物として高い剛性が必要であるとともに、本体フレーム１００の全体としての重心を低くするため、第２架台１２０よりも重量が大きいことが望ましい。そこで、本実施形態においては、第１架台１１０は鋳鉄の一種であるＦＣＤ４５０で構成され、第２架台１２０よりも大きな重量を有している。ＦＣＤ４５０はヤング率１６８ＧＰａという第１架台１１０に適する剛性を有する。また、ＦＣＤ４５０の比重は７．１であり、これよりも比重の小さな構造材料は多種存在するので、第２架台１２０の材料としてＦＣＤ４５０よりも比重の小さな材料を選択することができる。これにより、第１架台１１０の重量を第２架台１２０よりも容易に大きくすることができる。（第２架台１２０の詳細は後述する。）
ところで、上述したように、投影光学系３０に設けられるフランジ３１は、投影光学系３０の設計上の制約から、投影光学系３０の重心よりも下方に配置される。したがって、従来のように（図４参照）、平板形の第１架台５１０により投影光学系３０を支持すると、投影光学系３０の重心３２の位置が第１架台５１０よりも上方に位置することになる。
このため、第１架台１１０に横方向の力が加わった場合に第１架台１１０及び投影光学系３０に変形が生じやすい。また、外部から横振動が加わると、投影光学系３０が略重心３２周りに回転してしまう振動が発生し、本体フレーム５００の振動が複雑化してしまう。
すなわち、第１架台５１０の横方向の振動が、投影光学系３０を回転振動させてしまう、いわゆる連成振動となる。更に、第１架台１１０及び投影光学系３０が振動した場合、振動周波数によって回転中心の位置が異なる。すなわち低い周波数の振動の回転中心は、投影光学系３０の重心近傍にあるのに対し、高い周波数の振動の回転中心は、第１架台１１０の支持位置近傍にある。そのため、振動周波数毎に異なる回転中心を想定した防振制御を基礎フレーム２００と本体フレーム１００との間に配置された防振ユニット（防振装置）１５０（１５０Ａ〜１５０Ｃ、図３参照）によって行う必要があるが、これは非常に困難である。
そこで、第１架台１１０を逆アーチ形に形成することによって、投影光学系３０の重心３２の位置と、第１架台１１０に横振動が加わる位置（基礎フレーム２００が第１架台１１０を支持する位置）とが略同一の高さに配置されるので、第１架台１１０及び投影光学系３０の変形を抑えることができる。また、第１架台１１０の横振動に起因する投影光学系３０の重心３２周りの回転振動が抑えられ、第１架台１１０の横方向の振動と投影光学系３０の回転振動とを非連成にすることが可能となる。
更に、投影光学系３０の重心３２の高さと第１架台１１０の支持位置の高さとを略同一の高さに配置しているので、振動周波数毎の振動回転中心の位置が略一致する。これにより、防振対策が容易となり、露光装置ＳＴの振動を効果的に抑えることが可能となる。上述したように、投影光学系３０の回転振動が低減されているので、防振ユニット１５０は並進方向と上下方向の振動を除振すればよく、除振（防振）が容易となる。
第２架台１２０は、レチクルステージ２０を戴置する支持盤１２１と、支持盤１２１の外周部の下面から下方に伸びて、第１架台１１０と連結される第２架台接続部１２２とから構成される。第２架台接続部１２２は、第２架台１２０の安定性を考慮すると３箇所であることが望ましいが、これに限るものではない。また、支持盤１２１と第２架台接続部１２２とは、締結手段等で連結する構造ではなく、一体に形成される。したがって、第２架台１２０は、第１架台１１０とは対称的にアーチ形に形成される。
また、第２架台接続部１２２は、第１架台１１０の第１架台接続部１１２とボルト等を用いて締結される。なお、第２架台接続部と第１架台接続部とは、第１架台１１０に支持される投影光学系３０と第２架台１２０に支持されるレチクルステージ２０とが所定の位置関係となるように調整されて締結される。
また、第２架台１２０は、構造物として高い剛性が必要であるとともに、本体フレーム１００の重心を低くするため第１架台１１０よりも軽量でありことが望ましい。そのため、本実施形態の第２架台１２０は、剛性と重量とに鑑みて金属マトリックス複合材（Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ、以下ＭＭＣ材という）で構成される。ＭＭＣ材は、金属基材に、例えばセラミックスを強化材として複合した複合材料であり、金属基の性質と強化材の性質とを併せ持つ材料である。具体的には、第２架台１２０はアルミニウム（Ａｌ）７０％とシリコンカーバイト（ＳｉＣ）３０％とを複合したＭＭＣ材を使用する。このＭＭＣ材は、ヤング率１２５ＧＰａ、比重２．８という物性を有し、これにより第２架台１２０の高剛性化及び軽量化が実現される。
このように、本体フレーム１００を、逆アーチ形に形成された第１架台１１０とアーチ形に形成された第２架台１２０とを連結して構成することにより、従来の本体フレーム５００に比べて、本体フレーム１００の剛性を向上させることができる。
すなわち、従来の本体フレーム５００（図４参照）では、平板形の第１架台５１０と第２架台５２０とを複数の支柱５２２で連結する構造であるため、振動に伴う応力が集中しやすい部分（すなわち、支柱５２２の両端部分）に各架台５１０，５２０と支柱５２２とを連結する連結部が配置されてしまう。この連結部は、ボルト等によって連結されるため、連続した構造体に比べて、剛性が低くなる。したがって、本体フレーム５００の剛性は、剛性の低い連結部に依存することになる。
一方、本体フレーム１００では、逆アーチ形に形成された第１架台１１０とアーチ形に形成された第２架台１２０とを連結して構成するため、振動に伴う応力が集中しやすい部分には連続した構造体が配置され、剛性の低い連結部分は応力が集中しづらい位置に配置される。このようにして、本体フレーム１００の剛性を、従来の本体フレーム５００に比べて、向上させることができる。
また、第１架台１１０の重量を第２架台１２０の重量よりも大きくしているので、本体フレーム１００としての重心を低くすることができ、本体フレーム１００を安定的に支持することができる。特に、第１架台１１０を構成する材料として比重７．１のＦＣＤ４５０を用い、第２架台１２０を構成する材料として比重２．８のＭＭＣ材を用いているため、第１架台１１０の材料の比重が第２架台１２０の材料の比重よりも大きく、より容易に第１架台１１０の重量を第２架台１２０の重量よりも大きくすることができる。
更に、本体フレーム１００を、逆アーチ形に形成された第１架台１１０とアーチ形に形成された第２架台１２０とを連結して構成することにより、従来に比べて、メンテナンスを容易に行うことが可能となる。
例えば、露光装置ＳＴ，ＳＴ２から投影光学系３０を取り外す場合には、第１架台１１０，５１０と第２架台１２０，５２０との接合を解除して、第２架台１２０，５２０を投影光学系３０の上方にリフトアップする必要がある。
この際、従来の本体フレーム５００では、第２架台５２０の支柱５２２が長いため、第２架台５２０を支柱５２２の長さ以上に高く上昇させる必要がある。
一方、本体フレーム１００では、第２架台１２０の高さ方向の距離が短いので、従来に比べて第２架台１２０を上昇させる距離が低くて済むようになる。このため、露光装置ＳＴ，ＳＴ２が設置されるクリーンルーム等のように、天井までの高さが十分に確保できない場所においても、露光装置ＳＴから投影光学系３０を取り外すことが可能となる。これにより、メンテナンスの時間短縮や費用節減が可能となり、露光装置ＳＴの稼働率を向上させて、生産効率を高めることが可能となる。
ところで、第１架台１１０と第２架台１２０とで構成される本体フレーム１００は、投影光学系３０とレチクルステージ２０に戴置されたレチクルとの距離を主に規定するものであるため、周辺温度が変化しても投影光学系３０とレチクルとの距離が変化せず安定している必要がある。しかしながら、本実施形態においては、上述の通り、構造物としての剛性と重量バランスとの観点から、第１架台１００の材料として鋳鉄（ＦＣＤ４５０：熱膨張係数１１．６×１０^−６／Ｋ）を採用し、第２架台１２０の材料としてＭＭＣ材（Ａｌ（７０％）＋ＳｉＣ（３０％）：熱膨張係数１４．４×１０^−６／Ｋ）を採用している。これらの材料は、従来使用していた低熱膨張合金（いわゆるインバー（Ｉｎｖａｒｉａｂｌｅ ａｌｌｏｙ）：熱膨張係数１×１０^−６／Ｋ）と比較して熱膨張係数が大きいため、周囲の温度が変化すると投影光学系３０とレチクルとの距離が変化して、結像位置がずれるおそれがある。また、第１架台１１０と第２架台１２０との熱膨張係数が異なっているため、バイメタル効果が生じ、周囲の温度変化によって本体フレーム１００に歪みが生じるおそれもある。
そこで、本実施形態では、周囲の温度が変化しても第１架台１１０及び第２架台１２０を熱的に安定させるため、温調装置７０を設けている。温調装置７０は、第１架台１１０及び第２架台１２０の所定位置（詳細は後述）に配置されたヒートシンク７１と温調流体供給部７２とからなる。温調流体供給部７２は、温調流体の温度を高精度に調整し、ヒートシンク７１に供給する。ヒートシンク７１は、内部に温調流体が流れる流路が形成された部材であり、第１架台１１０及び第２架台１２０に当接している。そして、ヒートシンク７１を通過した温調流体は、温調流体供給部７２に還流し、再び温調調節される。これにより、第１架台１１０及び第２架台１２０の温度は一定に保たれ、周囲温度の影響を受けることはない。
ヒートシンク７１は、第１架台１１０及び第２架台１２０の中で温度変化を抑制したい場所、すなわち当該部分が温度変化することにより、投影光学系３０とレチクルとの距離に与える影響が大きい場所に配置される。具体的には、図１に示すように、第１架台１１０においては鏡筒支持盤１１１と第１架台接続部１１２とを連結している部分に、第２架台１２０おいては支持盤１２１と第２架台接続部１２２とを連結している部分に、それぞれヒートシンク７１が配置される。
なお、ヒートシンク７１が配置される場所は、上記に限られるものではなく、これ以外の場所に配置しても構わない。例えば、第１架台１１０の変形の影響が投影光学系３０に及ぶのを防止すると同時に、投影光学系３０を熱的に安定させるため、鏡筒支持盤１１１上の投影光学系３０の支持部近傍にヒートシンク７１を設けてもよい。
また、本実施形態においては、ヒートシンク７１を第１架台１１０及び第２架台１２０とは別部材で構成したが、第１架台１１０及び第２架台１２０の内部に流路を形成し、この流路に温調流体供給部７２から温調流体を供給する構成とすることもできる。
また、本実施形態においては、温調流体としてフッ素系不活性流体であるＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）を用いているが、これに限らず、例えば、フロリナート（登録商標）や水を用いても構わない。
ところで、第１架台１１０には、図１に示すように、投影光学系用センサ（例えば、オートフォーカスセンサ）１３１を配置するためのセンサ支持体１３０が支持される。
センサ支持体１３０は、投影光学系用センサ１３１の計測に悪影響を与えないようにインバーにより形成される。インバーは、ニッケル（Ｎｉ）を３６％程度含有する鉄鋼材料であって、上述した通り線膨張係数が１×１０^−６／Ｋ以下であり、代表的なステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の１／１０程度と、極めて小さいため、周囲温度の変化により投影光学系用センサ１３１の計測位置が変化したり計測値が真値からずれたりする不具合を最小限に抑えることができる。
そして、従来は、図４に示すように、平板状の第１架台５１０に設けられる穴部５１１は、投影光学系３０の外形よりも十分に大きく形成され、その穴部１１３には、フランジを備えた円管形のセンサ支持体５３０が挿入され、更にセンサ支持体５３０の内側に投影光学系３０が挿入されることにより、第１架台５１０が投影光学系３０を間接的に支持していた。このように、センサ支持体５３０を介して投影光学系３０を支持する理由は、投影光学系用センサ１３１を配置したセンサ支持体５３０と投影光学系３０とを一体として組み立てて、予め投影光学系用センサ１３１の調整を行うことにより、露光装置ＳＴ２の組み立て後に投影光学系用センサ１３１の調整を行う手間を減少させるためである。
しかしながら、インバーの縦弾性係数は、１１５Ｇｐａ程度であって、一般的な鉄鋼材料の縦弾性係数（１６０〜２００Ｇｐａ程度）に比べて低い。したがって、重量物を支持する構造体材料としては不向きである。また、上述したように、投影光学系３０の開口数ＮＡの増大に伴い、投影光学系３０の外径及び重量は増大傾向にある。このため、センサ支持体５３０を介して投影光学系３０を支持するために、センサ支持体５３０を大型化させるとともに、センサ支持体５３０が挿入される穴部５１１を大径化させる必要がある。
これに伴い、第１架台５１０が大型化してしまうが、露光装置ＳＴ，ＳＴ２の大きさや重量は、設置場所や輸送等の制約から、必ずしも無制限に大きくできるわけではない。したがって、センサ支持体５３０を介して投影光学系３０を支持する構造は、益々、不利になってきている。
そこで、第１架台１１０においては、投影光学系３０の重量を受け持つ部分と、投影光学系用センサ１３１の計測の安定性を受け持つ部分とを分離する。具体的には、第１架台１１０により、直接的に投影光学系３０を支持するとともに、第１架台１１０の下面にセンサ支持体１３０を設置する。これにより、第１架台１１０に形成される穴部１１３の径は必要最小限に抑えることができるので、第１架台１１０の大型化を抑えることができる。
なお、投影光学系３０と第１架台１１０の間にキネマティックマウントを設け、投影光学系３０のあおり角を調整可能にする。また、投影光学系３０への熱伝達を防止するために、上述の通り、第１架台１１０にヒートシンク７１を配置してもよく、或いは第１架台１１０内にフッ素系不活性液体を循環させて冷却又は温調してもよい。
次に、基礎フレーム（支持構造体）２００について説明する。
基礎フレーム２００は、クリーンルームの床面Ｆ上に足部２１１を介して略水平に載置される。基礎フレーム２００は、下部フレーム２１０と上部フレーム２２０とから構成される。
下部フレーム２１０は、ウエハステージ４０を戴置する床部２１２と、床部２１２の上面から上下方向に所定の長さで伸びる支柱２１３とを備える。床部２１２と支柱２１３とは、締結手段等で連結される構造ではなく、一体に形成される。
上部フレーム２２０は、支柱２１３と同数の支柱２２１と、その支柱２２１同士をそれらの上部において連結する梁部２２２とを備える。支柱２２１と梁部２２２とは、締結手段等で連結される構造ではなく、一体に形成される。
そして、支柱２１３と支柱２２１とが、ボルト等により締結される。これにより、基礎フレーム２００は、いわゆるラーメン構造（図３参照）となり、床部６０１と床部６０１の上面から上下方向に伸びる支柱６０２のみから構成される従来の基礎フレーム６００に比べて、剛性を向上させることができる。
また、支柱２１３，２２１は、略同一長さに形成されて、締結されるので、露光装置ＳＴの振動に伴う応力が集中しやすい部分（各支柱２１３，２２１の根元部分）には連続した構造体が配置され、剛性の低い連結部分は応力が集中しづらい位置に配置される。このようにして、基礎フレーム２００の剛性を、従来の基礎フレーム２００に比べて、向上させることができる。
したがって、従来と略同程度の剛性を維持するのであれば、各支柱２１３，２２１を従来の支柱６０２に比べて細くしたり、或いは、円形や角形であった支柱を板形或いはＬ字形にしたりすることが可能となる。
なお、基礎フレーム２００を、下部フレーム２１０と上部フレーム２２０とに上下二分割に形成するのは、基礎フレーム２００の加工上の制約からであり、上下二分割にすることにより、下部フレーム２１０、上部フレーム２２０の加工（特に内面側の加工）が容易となるからである。また、下部フレーム２１０と上部フレーム２２０とを一体として形成（鋳造等）した後に上下二分割に切断してもよく、また、それぞれを別々に形成してもよい。
ところで、従来の基礎フレーム６００が支柱６０２同士を連結する梁部を設けていないのは、支柱６０２の長さ（高さ）が短く、梁部を設けると、露光装置ＳＴ２の組み立て後に基礎フレーム６００内に配置されるウエハステージ４０のメンテナンスを行う開口が小さくなるという不都合があったからである。
一方、基礎フレーム２００においては、第１架台１１０が逆アーチ形に形成されているので、本体フレーム１００を支持する位置（防振ユニット１５０を設置する位置）が従来よりも、高い位置に配置され、これにより支柱２１３，２２１が長くなり、梁部２２２を設けても、ウエハステージ４０のメンテナンスを行う開口部を十分に確保することが可能となる。また、梁部２２２と第１架台１１０の鏡筒支持盤１１１とが略同一の高さに位置するように配置（図１、図２参照）することにより、開口部を十分に大きく確保することが可能となる。
また、露光装置ＳＴの前方（図１の左側）に、レチクルローダ６１、ウエハローダ６２、制御系（不図示）等が配置され、更にその前方（左側）にコータディベロッパ７０が配置される場合には、基礎フレーム２００の側面方向（図１の紙面方向）に設けた開口部、及び本体フレーム１００に形成された開口部を介してメンテナンス等を行うことが可能となるので、基礎フレーム２００及び本体フレーム１００の形状を有効に利用することができる。
また、上述したように、ウエハの大型化に伴い、ウエハステージ４０の形状及び重量は増大傾向にある。このため、従来の本体フレーム５００では、支柱６０２をウエハステージ４０の外側に配置する必要があり、支柱６０２間の距離が長くなるとともに、第１架台５１０が大型化するので、第１架台５１０の剛性が低下するとともに、露光装置ＳＴ２の重量も増大してしまう。
一方、基礎フレーム２００では、支柱２１３，２２１の形状が従来に比べて細く、或いは、板形或いはＬ字形に形成することができるので、支柱２１３，２２１を従来よりも自由に配置することが可能となる。したがって、基礎フレーム２００の大型化を最小限に抑えることができる。また、梁部２２２上に防振ユニット１５０を配置することにより、第１架台１１０を大型化させることなく、支持することが可能である。したがって、露光装置ＳＴの重量増大を最小限に抑えることができる。
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。本発明は、例えば以下のような変更をも含むものとする。
レチクルステージとしては、本実施形態のように、１枚のレチクルを用いるシングルホルダ方式のレチクルステージに限らず、１つの可動ステージ上で２枚のレチクルを保持するダブルホルダ方式のレチクルステージや、２枚のレチクルを互いに独立の可動ステージ上に載置するダブル・レチクルステージとしても良い。
また、本発明が適用される露光装置として、マスクと基板とを静止した状態でマスクのパターンを露光し、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置を用いてもよい。
また、本発明が適用される露光装置として、投影光学系を用いることなくマスクと基板とを密接させてマスクのパターンを露光するプロキシミティ露光装置を用いてもよい。
また、露光装置の用途としては半導体デバイス製造用の露光装置に限定されることなく、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露光する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適当できる。
また、本発明が適用される露光装置の光源は、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ_２レーザ（１５７ｎｍ）のみならず、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ_６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。さらに、電子線を用いる場合、マスクを用いる構成としてもよいし、マスクを用いずに直接基板上にパターンを形成する構成としてもよい。さらに、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでもよい。
また、投影光学系としては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ_２レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系にし（このとき、レチクルも反射型タイプのものを用いる）、また、電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は真空状態にすることはいうまでもない。
また、ウエハステージやレチクルステージにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。さらに、ステージの駆動装置として平面モータを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。
ウエハステージの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
レチクルステージの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
また、本発明が適用される露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
また、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行う工程、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作する工程、シリコン材料からウエハを製造する工程、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光するウエハ処理工程、デバイス組み立て工程（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査工程等を経て製造される。
産業上の利用の可能性
本発明は、露光装置であって、マスクから射出された露光光を基板上に照射する投影光学系と、前記投影光学系を支持する第１支持部材と、前記第１支持部材を支持する支持構造体とを有し、前記支持構造体が前記第１支持部材を支持する位置は、前記第１支持部材が前記投影光学系を支持する位置よりも上方にあるので、第１支持部材が略逆アーチ形に形成され、投影光学系の振動が減少したり、第１支持部材を構成要素とする本体フレームの剛性を向上させたり、また、支持構造体を高剛性に構成することが可能となる。

Claims (12)

1. マスクから射出された露光光を基板上に照射する投影光学系と、
   前記投影光学系を支持する第１支持部材と、
   前記第１支持部材を支持する支持構造体とを有し、
   前記支持構造体が前記第１支持部材を支持する位置は、前記第１支持部材が前記投影光学系を支持する位置よりも上方にあることを特徴とする露光装置。
2. 前記支持構造体が前記第１支持部材を支持する位置は、前記投影光学系の重心の位置と略同一の高さであることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記支持構造体は、防振装置を備え、前記防振装置を介して前記第１支持部材を支持することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
4. 投影光学系用センサが配置されるセンサ支持体を更に有し、
   前記センサ支持体は、前記第１支持部材の下面側に配置されることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
5. マスクを保持するマスクステージと、
   前記マスクステージを支持する第２支持部材とを更に有し、
   前記第２支持部材は、前記支持構造体が前記第１支持部材を支持する位置で前記第１支持部材に接続されることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
6. 前記第１支持部材は、前記第２支持部材よりも重量が大きいことを特徴とする請求項５記載の露光装置。
7. 前記第１支持部材は、前記第２支持部材よりも比重が大きい材料が用いられることを特徴とする請求項５記載の露光装置。
8. 前記第２支持部材の材料は、金属マトリックス複合材であることを特徴とする請求項７記載の露光装置。
9. 前記第１支持部材と前記第２支持部材との少なくとも一方に、温調部が設けられることを特徴とする請求項５記載の露光装置。
10. 前記支持構造体は、基板ステージを支持する床部と、前記第１支持部材を支持する複数の支柱と、前記支柱同士をそれらの上部において連結する少なくとも１本の梁部とを有し、
    前記梁部と、前記第１支持部材が前記投影光学系を支持する位置とは、略同一の高さに配置されるように構成されることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
11. 前記支柱は、高さ方向の中央部において上下に分割されるとともに、前記中央部において連結されている請求項１０に記載の露光装置。
12. リソグラフィ工程を有し、
    前記リソグラフィ工程において、請求項１記載の露光装置を用いることを特徴とするデバイスの製造方法。

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