JPWO2006075575A1 - ステージ装置及び露光装置 - Google Patents
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Abstract
リニアモータにより、ウエハ(W)が載置されたステージ(WST)がX軸方向に駆動されると、その駆動力の反力が固定子に生じ、該固定子を介してカウンタウエイト(44A,44B)に作用し、該カウンタウエイトが、ステージのX軸方向の移動に応じてステージとは反対方向に移動する。従って、このカウンタウエイトの移動によりステージの駆動による生じる反力をほぼキャンセルすることができる。また、カウンタウエイトは、第1固定子と接続された第1部分(52)と、この第1部分からX軸方向に関して分離され、接続部(55)を介して接続された第2部分(54)とを有していることから、その接続部分を境界としてチャンバ(45)の隔壁を配置し、カウンタウエイトの第2部分を、隔壁の外側に位置させることができる。これにより、ステージ収容スペースを小さく設定することができる。
Description
本発明は、ステージ装置及び露光装置に係り、更に詳しくは、露光装置その他の精密機器の試料の位置決めステージとして好適なステージ装置及び該ステージ装置を備える露光装置に関する。
従来より、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル(以下「レチクル」と総称する)に形成されたパターンを、投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板(以下、適宜ウエハともいう)上に転写するステップ・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露光装置(スキャナ)などが主として用いられている。
これらの露光装置では、半導体素子の高集積化及びこれに伴うパターンの微細化により、投影光学系の解像度の更なる向上が求められるようになってきた。このため、露光光の波長が年々短波長化し、ArFエキシマレーザ光を用いる露光装置も実用化されている。露光装置に要求される解像度及びデバイスルールは、将来的に更に厳しくなることは確実であり、最近では波長が100nm以下の極端紫外光(EUV(Extreme Ultraviolet)光)を発生するSOR(Synchrotron Orbital Radiation)リング又はレーザプラズマ光源等を露光光源として使用するEUV露光装置(EUVL)が注目されるに至っている。一方、従来から微細パターン、例えば原版回路パターンをレチクルブランクスに描画する際には、電子ビーム露光装置が比較的多く用いられている。
ところで、ステッパやスキャナなどでは、ウエハ上の複数のショット領域にレチクルパターンを転写するために、ウエハステージはXY2次元方向に例えばリニアモータ等を含む駆動装置によって駆動される。特に、スキャナでは、露光の際に、レチクルステージとウエハステージとが加速、等速、減速をそれぞれ行うため、加減速に伴って生じるリニアモータ固定子に生じる反力に起因する振動が、装置、特に光学系に悪影響を与え、露光精度の低下を招く。このため、何らかの反力処理機構が必要不可欠であるが、レチクルステージはスキャン方向のみ往復運動可能であれば良いので、その反力及び駆動方向の振動は一軸上で処理し易く、量産露光装置で最も一般的に用いられている運動量保存の法則を利用したカウンタマス反力処理機構を容易に適用できる(例えば、特許文献1、2参照)。これに対し、ウエハステージは、上述の如く、XY各軸方向に長ストロークで移動するため、反力処理が容易でなく、これを実現するために、ステージ構造を工夫することも必要な場合もある。
近時の紫外線露光装置(液浸タイプであるか否かを問わない)では、露光が行われる本体部のクリーン度を非常に高く、例えばクラス1程度に維持する必要があるため、例えばArFエキシマレーザ露光装置などでは露光装置本体は、エンバイロンメンタル・チャンバと呼ばれるチャンバで覆われ、その内部が外部と隔離され、クリーンな状態に維持されるようなっている。また、EUV光は、殆どの物質で吸収されるため、EUV光の光路空間は所定の高真空状態に設定する必要があり、通常EUV露光装置では、露光光の光路は勿論、ウエハを保持して移動するウエハステージの移動空間を真空状態に設定する必要がある。このため、ウエハステージが真空チャンバ内に配置される。また、電子ビーム露光装置では、ビームを所望の方向に偏向させるために、ウエハステージを真空チャンバ内に配置する必要がある。
このように、今日の露光装置では、その種類を問わず、ウエハステージがチャンバ内に配置されているので、従来のカウンタマス機構を採用する場合には、チャンバ内にステージの駆動方向と反対の方向にステージの駆動距離に応じた距離だけ移動するカウンタマス(以下、「カウンタウエイト」と呼ぶ)を配置する必要がある。この場合において、カウンタウエイトの移動ストロークを短くするためには、大重量・大型のカウンタウエイトをチャンバ内に収容する必要があり、チャンバの内容積を大きくしなければならなくなる。一方、カウンタウエイトを小型・軽量化すると、ウエハステージの駆動時の反力を受けた際のカウンタウエイトの移動距離が長くなり、結果的に、このカウンタウエイトが収容されるチャンバの内容積を大きくしなければならなくなる。いずれにしても、チャンバの大型化を招く傾向があった。
チャンバの大型化は、例えばArFエキシマレーザ露光装置などでは、空調装置を構成する送風ファン、クーラー、ヒーター、エアフィルタ等の大型化、消費電力の増加などを招き、例えばEUV露光装置や電子ビーム露光装置では、真空ポンプその他の真空関連機器の大型化、大消費電力化などを招く。
露光装置以外の装置でも、チャンバ内、あるいは隔壁で仕切られた空間の内部にステージを収容する装置であれば、同様の不都合が生じ得る。
本発明は上述のような事情の下でなされたもので、第1の観点からすると、物体が載置される載置部を有する第1ステージと;前記第1ステージに接続された第1可動子と、該第1可動子と協働する第1固定子とを有し、前記第1ステージを第1軸方向に駆動する第1駆動機構と;前記第1固定子と接続された第1部分と、該第1部分とは分離して前記第1軸方向に沿って設けられた第2部分と、前記第1部分と前記第2部分とを接続する接続部とを有し、前記第1ステージの前記第1軸方向の移動に応じて前記第1ステージとは反対方向に移動する第1カウンタウエイトと、を備える第1のステージ装置である。
これによれば、第1カウンタウエイトが、第1部分と、この第1部分に接続部を介して接続された第2部分とに分かれているので、第1カウンタウエイトの設計の自由度や配置の自由度が向上する。
本発明は第2の観点からすると、物体が載置される載置部を有するステージと;コイルと磁石とを有し、前記ステージを一軸方向に駆動する駆動機構と;前記コイルに電流を供給する電流供給部と、前記コイルに流体を供給する流体供給部との少なくとも一方が形成され、前記ステージの前記一軸方向の移動に応じて前記ステージとは反対方向に移動するカウンタウエイトと;を備える第2のステージ装置である。
これによれば、カウンタウエイトの供給部を介してコイルに電流及び流体の少なくとも一方を供給することが可能になる。
本発明は第3の観点からすると、基板上にパターンを形成すべく該基板をエネルギビームにより露光する露光装置であって、前記基板が前記物体として前記載置部に載置される本発明の第1、第2のステージ装置のいずれかを備える露光装置である。
これによれば、各ステージ装置の載置部に基板が載置され、その基板がエネルギビームにより露光され、パターンが形成されるので、ステージの駆動時の反力に起因する振動の影響が低減された状態での露光が可能となり、露光精度の向上が可能となる。
本発明は第4の観点からすると、物体が載置される載置部を有するステージと;前記ステージに接続された可動子と、該可動子と協働する固定子とを有し、前記ステージを一軸方向に駆動する駆動機構と;前記固定子に接続された第1部分と、該第1部分が配置される第1空間とは異なる第2空間に配置される第2部分とを有し、前記ステージの前記一軸方向の移動に応じて前記ステージとは反対方向に移動するカウンタウエイトと;を備える第3のステージ装置である。
これによれば、カウンタウエイトが、第1空間に配置される第1部分と、第1空間とは異なる第2空間に配置される第2部分とに分かれているので、第1カウンタウエイトの設計の自由度や配置の自由度が向上するのに加え、カウンタウエイトの全体を1つの空間に配置する場合に比べて、第1空間の容積を小さく設定することができる。
本発明は第5の観点からすると、物体が載置される載置部を有するステージと;前記ステージに接続された可動子と、該可動子と協働する固定子とを有し、前記ステージを一軸方向に駆動する駆動機構と;前記固定子に接続されて前記ステージの前記一軸方向の移動に応じて前記ステージとは反対方向に移動する第1部分と、該第1部分と同期して移動可能に支持された第2部分と、前記第1部分と前記第2部分とを接続する接続部とを有するカウンタウエイトと;を備える第4のステージ装置である。
以下、本発明の一実施形態を図1〜図8に基づいて説明する。
図1には、一実施形態に係る露光装置10の全体構成が概略的に示されている。この図1では、露光装置10の一部、具体的には投影ユニットPU及びウエハステージチャンバ45が、その内部構造を示すため断面図にて示されている。
この露光装置10では、レチクルRからの反射光束を、ウエハW上に垂直に投射する投影光学系を内部に有する投影ユニットPUが採用されているので、以下においては、この投影光学系からウエハWへの照明光の投射方向を投影光学系の光軸方向と呼ぶとともに、この光軸方向をZ軸方向、これに直交する面内で図1における紙面内左右方向をX軸方向、紙面に直交する方向をY軸方向として説明する。
この露光装置10は、レチクルRに形成された回路パターン(以下、「レチクルパターン」と略述する)の一部の像を投影ユニットPU内の投影光学系を介してウエハW上に投影しつつ、レチクルRとウエハWとを投影ユニットPUに対して1次元方向(X軸方向)に相対走査することにより、レチクルパターンをウエハW上の複数のショット領域の各々にステップ・アンド・スキャン方式で転写するものである。
露光装置10は、レチクルRを照明光(EUV光)ELで照明する照明ユニット10Aと、該照明ユニット10Aにその一部が接続された露光装置本体部10Bとを備えている。
照明ユニット10Aは、図1では、図示の便宜上から単なるブロックで示されているが、実際には、軟X線領域の照明光(EUV光)EL、例えば波長11nmの照明光(EUV光)ELを射出するSOR(Synchrotron Orbital Radiation)リングから成る不図示の露光光源及び照明光学系、並びにこれらを接続する不図示のビームライン等から成る照明系と、該照明系を収容する照明系チャンバ40とを備えている。
前記照明系チャンバ40は、床面F上に設けられた複数本の支持部材53と、これらの支持部材53によって水平に支持された支持定盤50とから構成される照明系保持架台56上に設置されている。照明系チャンバ40は、該照明系チャンバ40と支持定盤50とによって区画される空間等の高真空状態を維持できるように、気密性が高く構成されている。
前記照明光学系は、例えばミラー系、フライアイミラー及びミラーユニット(例えば複数のトロイダル非球面斜入射ミラーから成る反射ミラー)等を含んで構成されている。この照明光学系の構成部分のうち、ミラーユニットは、照明系の射出端を構成し、その一部分が支持部材53の上方の所定の空間を覆う照明系チャンバ40の開口からはみ出した状態とされている。この照明光学系は、光源から射出された照明光ELを順次反射して最終的に所定の入射角、例えば約50〔mrad〕でレチクルRのパターン面(図1における下面(−Z側の面))に入射させる。
前記露光装置本体部10Bは、図1に示されるように、レチクルRを保持するレチクルステージRSTと該レチクルステージRST及びその駆動系等を収容するレチクルステージチャンバ等を含むレチクルステージ装置12、前記レチクルRのパターン面で反射された照明光ELをウエハWの被露光面に投射する投影光学系を含む投影ユニットPU、ウエハWが載置されるウエハステージWST、投影ユニットPUを保持する第1コラム31、該第1コラム31を構成する鏡筒定盤(メインフレーム)35上で前記レチクルステージ装置12を支持する第2コラム37、及びウエハステージWST等を収容するウエハステージチャンバ45等を備えている。
レチクルステージ装置12は、レチクルステージチャンバRCと、該レチクルステージチャンバRCの内部に収容されたレチクルステージRST及び該レチクルステージRSTを走査方向であるX軸方向に駆動するとともに、XY面内で微小駆動(θz回転を含む)するレチクルステージ駆動系11(図1では不図示、図8参照)等を備えている。
前記レチクルステージチャンバRCは、第2コラム37の天板を構成する下側プレート19と、該下側プレート19の上面に固定された平面視(上方から見て)矩形枠状の側壁部材21と、該側壁部材21の上面に固定された上側プレート16とから構成されている。本実施形態では、下側プレート19は、レチクルステージチャンバRCの構成要素と第2コラム37の構成要素とを兼ねている。
前記下側プレート19の中央部には、開口19aが形成されており、下側プレート19下面の開口19aの周囲の部分と投影ユニットPUの上端面とが、ベローズ13によって接続され、これによってレチクルステージチャンバRCの内部空間や投影ユニットPU(より正確には鏡筒14)の内部空間に外部の気体が入り込むのが防止されている。
前記レチクルRとしては、照明光ELが波長11nmのEUV光であることと対応して反射型レチクルが用いられている。このレチクルRは、そのパターン面が下面となる状態でレチクルステージRSTに保持されている。このレチクルRは、シリコンウエハ、石英、低膨張ガラスなどの薄い板から成り、その−Z側の表面(パターン面)には、EUV光を反射する反射膜が形成されている。この反射膜は、モリブデンMoとベリリウムBeの膜が交互に約5.5nmの周期で、約50ペア積層された多層膜である。この多層膜は波長11nmのEUV光に対して約70%の反射率を有する。
レチクルRのパターン面に形成された多層膜の上には、吸収層として例えばニッケルNi又はアルミニウムAlが一面に塗布され、その吸収層にパターンニングが施されて回路パターンが形成されている。
レチクルRの吸収層が残っている部分に当たった照明光(EUV光)ELはその吸収層によって吸収され、吸収層の抜けた部分(吸収層が除去された部分)の反射膜に当たった照明光ELはその反射膜によって反射され、結果として回路パターンの情報を含んだ照明光ELがレチクルRのパターン面からの反射光として投影ユニットPUへ向かう。
レチクルステージRSTのXY面内の位置は、レチクルステージチャンバRCの外部に配置され下側プレート19に固定されたレチクルレーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」と呼ぶ)82Rによって、側壁部材21に設けられた不図示の窓部を介して検出されている。窓部は、実際には側壁部材21の−X側面及び+Y側面にそれぞれ設けられ、これに対応してレチクル干渉計もレチクルX干渉計とレチクルY干渉計とが設けられているが、図1ではこれらの干渉計が代表的にレチクル干渉計82Rとして示されている。このレチクル干渉計82Rの計測値は、主制御装置20(図1では不図示、図8参照)に供給され、主制御装置20によってレチクルステージ駆動系11が制御され、レチクルステージRST(レチクルR)の位置が制御されるようになっている。
本実施形態の露光装置10では、不図示ではあるが、レチクルステージRSTの駆動に伴う反力をキャンセルするための機構として、例えば、特開平8−63231号公報及びこれに対応する米国特許第6,246,204号などに開示される運動量保存則を利用した反力キャンセル機構が採用されている。本国際出願で指定した指定国(又は選択した選択国)の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
前記第2コラム37は、第1コラム31上面に設けられた複数本、例えば3本又は4本の支柱39と、該複数本の支柱39によって支持され、第2コラム37の天板を構成する前記下側プレート19とを含む。
前記第1コラム31は、床面F上に水平に設置されたベースプレートBPの上面に設けられた複数本(例えば3本又は4本)の支持部材23と、各支持部材23上部にそれぞれ各1つ設けられた複数の防振ユニット25と、これら支持部材23及び防振ユニット25によって床面F上でほぼ水平に支持された前記鏡筒定盤35とを含む。
前記各防振ユニット25は、支持部材23の上部に直列(又は並列)に配置された内圧が調整可能なエアマウントとボイスコイルモータとを含む。各防振ユニット25のエアマウントによって、床面F、ベースプレートBP及び支持部材23を介して鏡筒定盤35に伝わる床面Fからの微振動が絶縁されるようになっている。
前記鏡筒定盤35は鋳物等から成り、その中央部に形成された平面視(上方から見て)円形の第1開口35aと該第1開口35aから−X方向に所定距離離れた位置に形成された第2開口(不図示)とを有している。
前記鏡筒定盤35の第1開口35aの内部に、前述の投影ユニットPUが上方から挿入され、鏡筒定盤35上に設けられた3つの防振ユニット(図1では1つの防振ユニットのみが図示されている)29によって、投影ユニットPUのフランジ部FLGが下方から3点支持されている。各防振ユニット29としては、前述の防振ユニット25と同様の構成のものが用いられている。
前記鏡筒定盤35の第2開口の内部には、アライメント検出系ALG(図1では不図示、図8参照)が上方から挿入され、外周部に設けられたフランジを介して鏡筒定盤35に固定されている。このアライメント検出系ALGとしては、ブロードバンド光をウエハW上のアライメントマーク(又は後述する空間像計測器FM)に照射し、その反射光を受光して画像処理によりマーク検出を行うFIA(Field Image Alignment)方式のアライメントセンサ、レーザ光をウエハW上の回折格子状のアライメントマークに2方向から照射し、発生した2つの回折光を干渉させ、その位相からアライメントマークの位置情報を検出するLIA(Laser Interferometric Alignment)方式のアライメントセンサ、レーザ光をウエハW上のアライメントマークに照射し、回折・散乱された光の強度を利用してマーク位置を計測するLSA(Laser Step Alignment)方式のアライメントセンサやAFM(原子間力顕微鏡)のような走査型プローブ顕微鏡等種々のものを用いることができる。
前記投影ユニットPUは、鏡筒14と、該鏡筒14の内部に図1に示されるような所定の位置関係で上から下に順に配置された、第2ミラーM2、第4ミラーM4、第3ミラーM3及び第1ミラーM1の合計4つのミラー(反射光学素子)から成る投影光学系とを備えている。この投影光学系は、開口数(N.A.)が例えば0.1で、投影倍率が1/4倍に設定されている。また、第4ミラーM4には、図1に示されるように、開口が形成されている。
また、鏡筒14には、図1から分かるように、周壁の−X側に開口59aが形成されており、該開口59aを介して、鏡筒14の内側に前述のミラーユニットを構成する1つの反射ミラーMcが挿入されている。更に、鏡筒14の上壁(天井壁)及び底壁には、図1に示されるように、照明光ELの通路となる開口59b,59cがそれぞれ形成されている。
また、鏡筒14と照明系チャンバ40との間には、開口59aとこれに対向する照明系チャンバ40側の開口の周囲部分に、鏡筒14と照明系チャンバ40とを接続する伸縮自在のベローズ47が設けられている。このベローズ47により、鏡筒14の内部空間と照明系チャンバ40の内部空間とが、外部に対してほぼ気密状態で隔離されるとともに、鏡筒14と照明系チャンバ40との間における振動の伝達が抑制されている。
上述のようにして構成された投影ユニットPUによると、図1に示されるように、前述の照明光ELが、反射ミラーMcの反射面に到達し、その反射面で反射、集光された後、鏡筒14の開口59bを介してレチクルRのパターン面(下面)に所定の入射角、例えば50(mrad)で入射する。これにより、レチクルRのパターン面が円弧スリット状の照明光ELにより照明される。
そして、そのレチクルRのパターン面で反射されたレチクルパターンの情報を含む照明光ELは、開口59bを介して鏡筒14内に入射し、第1ミラーM1に到達する。この第1ミラーM1の反射面で反射された照明光ELは、第4ミラーM4の開口を介して第2ミラーM2の反射面に入射し、その反射面で反射され第4ミラーM4の開口を介して第3ミラーM3の反射面に入射する。その第3ミラーM3の反射面で反射された照明光ELは、第4ミラーM4の反射面で反射され、主光線の向きが鉛直下向きに偏向される。そして、この照明光ELは、ウエハW上に投射される。これによりレチクルパターンの縮小像がウエハW上に形成される。
さらに、投影ユニットPUの鏡筒14には、不図示の保持部を介してウエハフォーカスセンサ(112a,112b)が一体的に取り付けられている。このウエハフォーカスセンサ(112a,112b)としては、投影光学系の光軸に対して所定角度傾斜した方向から被検面(ウエハWの表面)に複数の光束を照射する照射系112aと、各光束の被検面からの反射光を個別に受光する複数の受光素子を有する受光系112bとを備えた斜入射方式の多点焦点位置検出系が用いられている。このウエハフォーカスセンサ(112a,112b)によって、投影ユニットPUの鏡筒14を基準とするウエハW表面のZ軸方向の位置及び傾斜量が計測されている。このウエハフォーカスセンサ(112a,112b)と同様の構成の多点焦点位置検出系は、例えば特開平6−283403号公報及びこれに対応する米国特許第5,448,332号等に詳細に開示されている。本国際出願で指定した指定国(又は選択した選択国)の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
前記ウエハステージWSTは、リニアモータ等のアクチュエータを含むウエハ駆動系27(図1では不図示、図8参照)により、ウエハステージベース33上面に沿ってX軸方向及びY軸方向に所定ストローク(ストロークは例えば300〜400mm)で駆動されるとともに、θz方向(Z軸回りの回転方向)にも微小量駆動されるXY移動部22と、該XY移動部22の上方に配置されウエハ駆動系27によってXY面に対する傾斜方向にも微小量だけ駆動されるウエハテーブルWTBとを備えている。
ウエハテーブルWTBの上面には、静電チャック方式の不図示のウエハホルダが載置され、該ウエハホルダによってウエハWが吸着保持されている。ウエハテーブルWTBの位置は、外部に配置されたウエハレーザ干渉計(以下、「ウエハ干渉計」という)82Wにより、移動鏡17を介して例えば、0.5〜1nm程度の分解能で常時検出されている。なお、実際には、図2に示されるように、ウエハテーブルWTBの上面には、X軸方向に直交する反射面を有するX移動鏡17XがY軸方向に延設され、Y軸方向に直交する反射面を有するY移動鏡17YがX軸方向に延設されるとともに、これに対応して、ウエハ干渉計もX干渉計とY干渉計とがそれぞれ設けられているが、図1ではこれらが代表的に移動鏡17、ウエハ干渉計82Wとしてそれぞれ示されている。それらX干渉計、Y干渉計は、測長軸を複数有する多軸干渉計で構成され、ウエハテーブルWTBのX、Y位置の他、回転(ヨーイング(Z軸回りの回転であるθz回転)、ピッチング(Y軸回りの回転であるθy回転)、ローリング(X軸回りの回転であるθx回転))も計測可能である。
ウエハ干渉計82W及びウエハフォーカスセンサ(112a、112b)の計測値は、主制御装置20(図8参照)に供給され、主制御装置20によってウエハ駆動系27が制御され、ウエハテーブルWTBの6次元方向の位置及び姿勢制御が行われる。
ウエハテーブルWTB上面の一端部には、図1に示されるように、レチクルRに形成されたパターンがウエハW面上に投影される位置と前述のアライメント検出系ALGとの相対位置関係の計測(いわゆるベースライン計測)等を行うための空間像計測器FMが設けられている。この空間像計測器FMは、従来のDUV露光装置の基準マーク板に相当するものである。
前記ウエハステージチャンバ45は、上面が開口した概略箱状の形状を有し、鏡筒定盤35の下面に固定されるとともに、ベースプレートBP上に設置されている。このウエハステージチャンバ45は、該ウエハステージチャンバ45と鏡筒定盤35とによって区画される閉空間(ウエハ室)の高真空状態を維持できるように構成されている。これまでの説明からわかるように、本実施形態では、レチクルステージチャンバRC、ベローズ13、投影ユニットPUの鏡筒14、ベローズ47、照明系チャンバ40、及びウエハステージチャンバ45それぞれの内部を相互に連通する気密空間が形成されている。ここでは、一例としてその気密空間内が10-4〔Pa〕程度の高真空状態に維持されているものとする。
次に、ウエハ駆動系27の構成等について、図2〜図6及び図8に基づいて説明する。
図2には、ウエハステージWSTと、ウエハ駆動系27の構成各部とがウエハステージチャンバ45の一部とともに斜視図にて示されている。この図2に示されるように、ウエハ駆動系27は、ウエハステージチャンバ45の内部底面に設置された前述のウエハステージベース33に沿ってウエハステージWSTを、X軸方向、Y軸方向にそれぞれ駆動するX方向駆動機構27X、Y方向駆動機構27Y等を備えている。この他、このウエハ駆動系27は、前述のウエハテーブルWTBをウエハステージWSTの一部を構成するXY移動部22に対してZ、θx,θyの3自由度方向に駆動するZ・チルト駆動機構(図2では不図示、図8参照)27Zをも備えている。
前記X方向駆動機構27Xは、図2及びX方向駆動機構27Xを取り出して示す図3の斜視図に示されるように、ステージベース33上面のY軸方向一側と他側の端部近傍にそれぞれX軸方向に延設され、それぞれの長手方向の一端と他端が支持部材22によってそれぞれ支持された一対のX軸ガイド24A,24Bと、これらのX軸ガイド24A,24Bそれぞれの外周に装着された一対のX軸スライダ26A,26Bと、該X軸スライダ26A,26BをX軸ガイド24A,24Bに沿ってそれぞれ駆動する各一対のX軸リニアモータXM1,XM2、XM3,XM4と、一対のX軸スライダ26A,26Bがその長手方向の一端と他端に固定されたY軸方向に伸びるYガイド28と、前記X軸リニアモータXM1,XM2、XM3,XM4によるX軸スライダ26A,26Bの駆動時の反力をそれぞれ受けX軸スライダ26A,26Bと反対方向に移動する一対のX軸カウンタウエイト44A,44Bと、該X軸カウンタウエイト44A,44BをX軸方向にそれぞれ駆動して位置調整する一対のX軸トリムモータXTM1,XTM2とを備えている。
前記Yガイド28には、XZ断面が矩形枠状のYスライダ46が、スライド可能に装着されている。
前記X軸スライダ26A,26Bは、YZ断面矩形枠状の部材によってそれぞれ形成され、断面矩形の棒状部材から成る前記X軸ガイド24A,24Bそれぞれの上下、左右の4面を取り囲む状態で取り付けられている。この場合、X軸スライダ26A,26Bは、それぞれの内側の上下、左右の4面にそれぞれ設けられた非接触軸受、例えば差動排気型のエアベアリングを介してX軸ガイド24A,24Bに対して所定のクリアランス(例えば数μm程度のクリアランス)を介して非接触でそれぞれ支持されている。
前記X軸カウンタウエイト44Aは、前述のX軸ガイド24Aの−Y側に、前記X軸カウンタウエイト44Bは、X軸ガイド24Bの+Y側に、それぞれ配置されている。これらのカウンタウエイト44A,44Bのそれぞれは、その底面に設けられた非接触軸受、例えば差動排気型のエアベアリングを介してステージベース33上面の上方に所定のクリアランス(例えば数μm程度のクリアランス)を介して浮上支持されたY軸方向に細長い長方形枠状部材から成る第1ウエイト部52、該第1ウエイト部52の+X側に所定距離隔てて配設された第2ウエイト部54、及びこれら第1、第2ウエイト部52、54を相互に接続するX軸方向を長手方向とするロッド部55の3部分を、それぞれ有している。この場合、各第1ウエイト部52は、不図示のストッパによってY軸方向の移動が阻止され、X軸方向への移動のみが許容されている。
本実施形態では、図2に示されるように、X軸カウンタウエイト44A,44Bのそれぞれを構成する第1ウエイト部52は、ウエハステージチャンバ45内部の真空空間に配置され、第2ウエイト部54はウエハステージチャンバ45外部の大気雰囲気中に配置されている。従って、以下では、第1ウエイト部52を真空カウンタウエイト部52と呼び、第2ウエイト部54を大気カウンタウエイト部54と呼ぶものとする。なお、ロッド部55は、その一部が真空中にあり、残りの一部が大気中に配置されている。
X軸カウンタウエイト44A,44Bそれぞれの一部を構成する前記各大気カウンタウエイト部54は、略直方体状の形状を有し、それぞれの底面に設けられた非接触軸受、例えばエアベアリングを介してベースプレートBPの上面の上方に所定のクリアランス(例えば数μm程度のクリアランス)をそれぞれ介して浮上支持されている。
前記X軸リニアモータXM1は、図3に示されるように、一方のX軸スライダ26Aの上面に固定された側面視(+X側又は−X側から見て)U字状の可動子42Aと、該可動子42Aに所定のクリアランスを介して係合し、X軸カウンタウエイト44Aの一部を構成する真空カウンタウエイト部52の+Y側の面に固定された側面視T字状の固定子40Aとを有している。また、X軸リニアモータXM2は、X軸スライダ26Aの下面に固定された側面視U字状の可動子42Bと、該可動子42Bに所定のクリアランスを介して係合し、X軸カウンタウエイト44Aの一部を構成する真空カウンタウエイト部52の+Y側の面に固定された側面視T字状の固定子40Bとを有している。
ここで、可動子42A,42Bのそれぞれは、上下の対向面に複数の界磁石が設けられ、その内部にX軸方向の交番磁界が形成された磁極ユニットから成る。前記固定子40A,40Bは、内部にX軸方向に沿って配置された複数の電機子コイルを有する電機子ユニットから成る。すなわち、X軸リニアモータXM1,XM2は、可動子42A,42Bと対応する固定子40A,40Bとの間の電磁相互作用によりX軸スライダ26AをX軸ガイド24Aに沿って駆動するローレンツ力(推力)を発生する電磁力駆動方式のムービングマグネット型のリニアモータである。
前記X軸リニアモータXM3,XM4のそれぞれは、図3に示されるように、他方のX軸スライダ26Bの上面、下面にそれぞれ固定された、前述の可動子42Aと同様の可動子42C,42Dと、該可動子42C,42Dのそれぞれに所定のクリアランスを介して係合し、X軸カウンタウエイト44Bの一部を構成する真空カウンタウエイト部52の−Y側の面にそれぞれ固定された、前述の固定子40Aと同様の固定子40C,40Dと、を有する、上記と同様の電磁力駆動方式のムービングマグネット型のリニアモータである。
この場合、X軸スライダ26A,26B、Yガイド28及びスライダ46から成るX可動部が、各一対のX軸リニアモータXM1,XM2、XM3,XM4によってX軸方向に駆動されると、その駆動力の反力が前記固定子40A,40B、40C,40Dのそれぞれに生じ、該反力の作用により、X軸カウンタウエイト44A,44Bが、運動量保存の法則に従ってX可動部(X軸スライダ26A,26B等)とは反対方向に移動する。
従って、何らの対策もしない場合には、上記のX可動部の駆動に伴い、X軸カウンタウエイト44A,44Bの位置が初期位置から大きくずれて、例えば真空カウンタウエイト部52又は大気カウンタウエイト部54がウエハステージチャンバ45に衝突してしまうなどの不都合が生じるおそれがある。また、X軸カウンタウエイト44A,44Bには、ウエハステージチャンバ45の+X側の外部から露出した露出部分(大気カウンタウエイト部54及びロッド部55の一部)に作用する全ての大気圧の積算値による−X向きの力(大気カウンタウエイト部54の+X側端面に作用する大気圧による−X向きの力と、大気カウンタウエイト部54の−X側端面に作用する大気圧による+X向きの力との差)が常時作用することになる。そのため、何らの対策もしない場合には、X軸カウンタウエイト44A,44Bがそれぞれ−X側に移動してしまい、前述のような衝突が生じるおそれがある。そこで、X軸カウンタウエイト44A,44Bが初期位置から必要以上に大きくずれるのを未然に防止するために、本実施形態では、前述の一対のX軸トリムモータXTM1、XTM2が設けられている。
一方のX軸トリムモータXTM1は、図3及び図4に示されるように、X軸カウンタウエイト44Aの一部を構成する大気カウンタウエイト部54のY軸方向の一側と他側の側面にそれぞれ設けられた磁極ユニット70A,70Bと、大気カウンタウエイト部54の上面及びY軸方向の両側面を取り囲む状態で配置され、ベースプレートBPに脚部が固定された門形ラーメン部材58の内部の対向面にそれぞれ設けられた電機子ユニット72A,72Bとによって構成されている。すなわち、X軸トリムモータXTM1は、X軸カウンタウエイト44AをX軸方向に駆動するムービングマグネット型のリニアモータ又はボイスコイルモータ等のモータである。
他方のX軸トリムモータXTM2は、上記X軸トリムモータXTM1と同様に構成されている(図3参照)。
前記Y方向駆動機構27Yは、図2及びY方向駆動機構27Yを取り出して示す図5の斜視図に示されるように、各構成部材の配置方向が、X軸方向とY軸方向とで90度異なるが、基本的には、上述したX方向駆動機構27Xと同様に構成されている。すなわち、Y方向駆動機構27Yは、ステージベース33上面のX軸方向一側と他側の端部近傍にそれぞれY軸方向に延設され、それぞれの長手方向の一端と他端が支持部材22によってそれぞれ支持された一対のY軸ガイド24C,24Dと、これらのY軸ガイド24C,24Dそれぞれの外周に装着された一対のY軸スライダ26C,26Dと、該Y軸スライダ26C、26DをY軸ガイド24C,24Dに沿ってそれぞれ駆動する各一対のY軸リニアモータYM1,YM2、YM3,YM4と、一対のY軸スライダ26C,26Dがその長手方向の一端と他端に固定されたX軸方向に伸びるXガイド62と、前記Y軸リニアモータYM1,YM2、YM3,YM4によるY軸スライダ26C,26Dの駆動時の反力をそれぞれ受けY軸スライダ26C,26Dと反対方向に移動する一対のY軸カウンタウエイト44C,44Dと、該Y軸カウンタウエイト44C,44DをY軸方向にそれぞれ駆動して位置調整する一対のY軸トリムモータYTM1、YTM2とを備えている。
前記Xガイド62には、YZ断面が矩形枠状のXスライダ64が、スライド可能に装着されている。
前記Y軸スライダ26C,26Dは、前述したX軸スライダ26A,26Bと同様に構成され、断面矩形の棒状部材から成る前記Y軸ガイド24C,24Dのそれぞれの内側の上下、左右の4面に対して不図示の非接触軸受を介して所定のクリアランスを介して非接触でそれぞれ支持されている。
前記Y軸カウンタウエイト44Cは、前述のY軸ガイド24Cの+X側に、前記Y軸カウンタウエイト44Dは、Y軸ガイド24Dの−X側に、それぞれ配置されている。これらのY軸カウンタウエイト44C,44Dのそれぞれは、前述のX軸カウンタウエイトと同様に、真空カウンタウエイト部52’、該真空カウンタウエイト部52’の−Y側に所定距離隔てて配設された大気カウンタウエイト部54’及びこれらのカウンタウエイト部52’、54’を相互に接続するY軸方向を長手方向とするロッド部55の3部分を、それぞれ有している。この場合も、真空カウンタウエイト部52’はその底面に設けられた非接触軸受、例えば差動排気型のエアベアリングを介してステージベース33上面の上方に所定のクリアランス(例えば数μm程度のクリアランス)を介して浮上支持されている。また、各真空カウンタウエイト部52’は、不図示のストッパによってX軸方向の移動が阻止され、Y軸方向への移動のみが許容されている。
この場合も、各真空カウンタウエイト部52’は、ウエハステージチャンバ45の内部の真空空間に配置され、各大気カウンタウエイト部54’はウエハステージチャンバ45外部の大気雰囲気中に配置されている。なお、ロッド部55は、その一部が真空中にあり、残りの一部が大気中に配置されている。
Y軸カウンタウエイト44C,44Dそれぞれの一部を構成する前記各大気カウンタウエイト部54’は、それぞれの底面に設けられた非接触軸受、例えばエアベアリングを介してベースプレートBPの上面の上方に所定のクリアランス(例えば数μm程度のクリアランス)をそれぞれ介して浮上支持されている。
前記X軸リニアモータYM1は、図5に示されるように、一方のY軸スライダ26Cの上面に固定された側面視(+Y側又は−Y側から見て)U字状の磁極ユニットから成る可動子42Eと、該可動子42Eに所定のクリアランスを介して係合し、Y軸カウンタウエイト44Cの一部を構成する真空カウンタウエイト部52’の−X側の面に固定された側面視T字状の電機子コイルから成る固定子40Eとを有している。また、Y軸リニアモータYM2は、Y軸スライダ26Cの下面に固定された側面視U字状の磁極ユニットから成る可動子42Fと、該可動子42Fに所定のクリアランスを介して係合し、Y軸カウンタウエイト44Cの一部を構成する真空カウンタウエイト部52’の−X側の面に固定された側面視T字状の電機子ユニットから成る固定子40Fとを有している。すなわち、Y軸リニアモータYM1,YM2は、可動子42E,42Fと対応する固定子40E,40Fとの電磁相互作用によってY軸スライダ26CをY軸ガイド24Cに沿って駆動するローレンツ力(推力)を発生する電磁力駆動方式のムービングマグネット型のリニアモータである。
前記Y軸リニアモータYM3,YM4のそれぞれは、図5に示されるように、他方のY軸スライダ26Dの上面、下面にそれぞれ固定された、磁極ユニットから成る第2可動子としての可動子42G,42Hと、該可動子42G,42Hのそれぞれに所定のクリアランスを介して係合し、Y軸カウンタウエイト44Dの一部を構成する真空カウンタウエイト部52の+X側の面にそれぞれ固定された、電機子ユニットから成る固定子40G,40Hと、を有する、電磁力駆動方式のムービングマグネット型のリニアモータである。
この場合、Y軸スライダ26C,26D、Xガイド62及びXスライダ64から成るY可動部が、各一対のY軸リニアモータYM1,YM2、YM3,YM4によってY軸方向に駆動されると、その駆動力の反力が前記固定子40E,40F、40G,40Hのそれぞれに生じ、該反力の作用により、Y軸カウンタウエイト44C,44Dが、運動量保存の法則に従ってY可動部(Y軸スライダ26C,26D等)とは反対方向に移動する。
本実施形態では、Y軸カウンタウエイト44C,44Dが初期位置から必要以上に大きくずれるのを未然に防止するために、前述の一対のY軸トリムモータYTM1、YTM2が設けられている。これによって、前述のX軸カウンタウエイトの場合と同様に、Y軸カウンタウエイト44C,44Dの真空カウンタウエイト部52’又は大気カウンタウエイト部54’がウエハステージチャンバ45に衝突するなどの不都合が生じるのが回避されている。
一方のY軸トリムモータYTM1は、図5に示されるように、前述のX軸トリムモータXTM1と同様に、Y軸カウンタウエイト44Cの一部を構成する大気カウンタウエイト部54’のX軸方向の一側と他側の側面にそれぞれ設けられた磁極ユニット70A,70Bと、大気カウンタウエイト部54’の上面及びX軸方向の両側面を取り囲む状態で配置され、ベースプレートBPに脚部が固定された門形ラーメン部材58の内部の対向面にそれぞれ設けられた電機子ユニット72A,72B(電機子ユニット72Bについては図5では不図示、図4参照)とによって構成されている。すなわち、Y軸トリムモータYTM1は、Y軸カウンタウエイト44CをY軸方向に駆動するムービングマグネット型のリニアモータ又はボイスコイルモータ等のモータである。
他方のY軸トリムモータYTM2は、上記Y軸リニアモータYTM1と同様に構成されている(図5参照)。
図2、図3及び図5を総合すると、わかるように、本実施形態では、上述したY方向駆動機構27Yの一部を構成するXスライダ64の上に、X方向駆動機構27Xの一部を構成するYスライダ46が直交状態で重なり、かつXスライダ64の長手方向の中心位置とYスライダ46の長手方向の中心位置とが重なるように、X方向駆動機構27XとY方向駆動機構27Yとがステージベース33上に配置されている。また、この条件を満足するように、一対のY軸スライダ26C,26Dに対するXガイド62の高さ方向の位置関係と、一対のX軸スライダ26A,26Bに対するYガイド28の高さ方向の位置関係が設定されている。また、前記Yスライダ46上に、前述のウエハテーブルWTBが、前述のZ・チルト駆動機構27Z(図2では不図示、図8参照)を介して搭載されている。
また、図2に示されるように、Xスライダ64とYスライダ46とは、側面視略L字状の一対の弱剛性の締結部材60(図2における紙面奥側に位置する締結部材については不図示)によって連結されている。
締結部材60は、図6に示されるような形状を有する、フレクシャを兼ねた一種の板ばねから成る。この締結部材60は、図6に示されるように、図2の取り付け状態では、Yスライダ46の側面に固定される固定部60a、不図示の螺子等によりXスライダ64の上面に固定される固定部60b、及びこれら固定部60a,60bを連結する側面視L字状の連結部60cの3部分を有する。連結部60cは、固定部60bから+Z方向に伸びる立ち上がり部60fと、該立ち上がり部60fの上端部から固定部60aに向かって伸びる水平部60dとを有する。水平部60dの側面には、平面視U字状の切り欠き60eが、複数形成されている。このため、締結部材60は、XY平面に平行な面内ではその剛性が、他の方向に比べて比較的低くなっており、一種のフレクシャの役目を兼ねる。
これまでの構成説明から明らかなように、本実施形態では、Yスライダ46と該Yスライダ46に一対の締結部材60を介して連結されたXスライダ64とによって、前述のXY移動部22が構成されている(図2参照)。
また、本実施形態では、図2に示されるように、X軸カウンタウエイト44A,44B及びY軸カウンタウエイト44C,44Dそれぞれの一部を構成する各ロッド部55が、ウエハステージチャンバ45に形成された開口内に挿入された状態で、X軸カウンタウエイト44A,44B及びY軸カウンタウエイト44C,44Dが取り付けられている。この場合、ウエハステージチャンバ45外面側の各ロッド部55が挿入された開口の周囲部分には、図2にX軸カウンタウエイト44Aについて代表的に示されるように、開口とロッド部55との隙間を介してのウエハステージチャンバ45内部への空気の流入を阻止して、ウエハステージチャンバ45内部空間を外部に対して気密状態に保つシール機構66が、それぞれ設けられている。
前記シール機構66は、図7に示されるように、ウエハステージチャンバ45に形成された円形開口45aの内部に挿入されたロッド部55の外周部に装着された差動排気型のエアベアリング68と、ウエハステージチャンバ45の外面側で開口45aの周囲部分とエアベアリング68との間に設けられ、一端がウエハステージチャンバ45に隙間無く接続され、他端がエアベアリング68に隙間無く接続された伸縮自在のベローズ74とを含む。この場合、エアベアリング68とロッド部55との間には、エアベアリング68の軸受面から噴出される加圧空気の静圧により、所定のクリアランス、例えば数μm程度のクリアランスが形成されている。また、この場合、その加圧空気の噴出し口のウエハステージチャンバ45側(−X側)の位置には、噴出された加圧空気を真空吸引する真空ポンプ(不図示)に接続された不図示の吸引溝が形成されており、噴出された空気がベローズ74の内部に流れるのが効果的に防止されている。
すなわち、このようにして、X軸カウンタウエイト44A,44B及びY軸カウンタウエイト44C,44Dそれぞれの一部を構成する各ロッド部55と対応する開口45aとの間の隙間の存在に起因する、ウエハステージチャンバ45内部の真空度の低下が防止されている。
さらに、図7にX軸カウンタウエイト44Aを代表的に採りあげて示されるように、ロッド部55は円柱状の部材から成り、その内部には、上下方向の中央より上側、下側の部分に中空部55a、55bがそれぞれ形成されている。上側の中空部55aの内部には、前述のX軸リニアモータXM1,XM2の固定子40A,40Bが有するコイルを冷却するための冷媒の循環供給用の2つの配管(供給側配管と、戻り側配管)が挿入されている。それぞれの配管の一端(真空カウンタウエイト部52側の端部)は、真空カウンタウエイト部52内部に形成された冷媒循環経路80の一側と他側の端部にそれぞれ接続されている。また、下側の中空部55bの内部には、上記のコイルに対する電源電流供給用の2本の配線が挿入されている。一方の配線の一端は、真空カウンタウエイト部52内部の電源ライン76A(この電源ライン76Aは、X軸リニアモータXM1の固定子40Aのコイルに接続されている)に接続され、他方の配線の一端は、真空カウンタウエイト部52内部の電源ライン76B(この電源ライン76Bは、X軸リニアモータXM2の固定子40Bのコイルに接続されている)に接続されている。前記各配管、各配線の他端側は、大気カウンタウエイト部54の内部の貫通孔を介して外部に導出されて束ねられ、それぞれの導出端がベースプレートBP上に固定されたコネクタ部78にそれぞれ接続されている。このコネクタ部78を介して、前記電源電流の供給、冷却媒体の供給、排出が行われるようになっている。
すなわち、前記中空部55a,55bを含むX軸カウンタウエイト44Aの内部空間が、前述のX軸リニアモータXM1,XM2に用力を供給する用力供給部として用いられている。より具体的には、中空部55a及びこれに連通したX軸カウンタウエイト44Aの内部空間がコイルに冷却媒体(流体)を供給する流体供給部の役目を果たし、中空部55b及びこれに連通したX軸カウンタウエイト44Aの内部空間がコイルに電流を供給する電流供給部の役目を果たしている。
残りのX軸カウンタウエイト44Bにも同様の構成が採用され、その内部空間が、一対のX軸リニアモータXM3,XM4に用力を供給する用力供給部として用いられている。
Y軸カウンタウエイト44C,44Dにも同様の構成が採用され、それぞれの内部空間が、Y軸リニアモータYM1,YM2、YM3,YM4に用力を供給する用力供給部として用いられている。
このように、本実施形態では、ウエハWが載置されるウエハステージWST(すなわち、ウエハテーブルWTB、Z・チルト駆動機構27Z、XY移動部22)をX軸方向、Y軸方向に駆動するX軸リニアモータXM1〜XM4、Y軸リニアモータYM1〜YM4がそれぞれ備えるコイルに対する電源電流を供給するための配線や、電流の供給により生じるジュール熱により加熱されるコイル(固定子)を冷却するための冷却媒体を循環供給するための配管を、それぞれのカウンタウエイトの外部に対して隔離した状態で、各カウンタウエイトの内部に配置された、それらの配線、配管を介して電流及び流体をコイルに対して供給することが可能になる。このため、それらの配線、配管からの脱ガスがウエハステージチャンバ45内部の真空空間に与える悪影響を考慮する必要がなくなる。この結果、それらの配線や配管として、通常の(真空用ではない)柔らかい配線、配管を用いることが可能である。
本実施形態では、装置の運転中における、前記冷却媒体の循環及び電源の供給は主制御装置20によって行われる。
図8には、本実施形態の露光装置100のステージ制御に関連する系の構成が一部省略してブロック図にて示されている。この図8の系は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リード・オンリ・メモリ)、RAM(ランダム・アクセス・メモリ)等から成るいわゆるマイクロコンピュータ(又はワークステーション)を含んで構成され、装置全体を統括して制御する主制御装置20を中心として構成されている。
次に、上述のように構成された本実施形態の露光装置10による露光動作について説明する。
まず、不図示のレチクル搬送系によりレチクルRが搬送され、ローディングポジションにあるレチクルステージRSTに吸着保持される。次に、主制御装置20により、ウエハステージWST、及びレチクルステージRSTの位置が制御され、レチクルR上に形成された不図示のレチクルアライメントマークのウエハW面上への投影像が空間像計測器FMを用いて検出され、レチクルアライメントマークのウエハW面上への投影位置が求められる。すなわち、レチクルアライメントが行われる。
次に、主制御装置20によって、空間像検出器FMがアライメント検出系ALGの直下へ位置するように、ウエハステージWSTが移動され、アライメント検出系ALGの検出信号及びその時のウエハ干渉計82Wの計測値に基づいて、間接的にレチクルRのパターン像のウエハW面上への結像位置とアライメント検出系ALGの相対距離、すなわちベースラインが求められる。
かかる、ベースライン計測が終了すると、主制御装置20により、ウエハアライメント(例えばEGAなど)が行われ、ウエハW上の全てのショット領域の位置情報(例えばウエハ干渉計の測長軸で規定されるステージ座標系上の位置座標)が求められる。EGAについては、例えば特開昭61−44429号公報及びこれに対応する米国特許第4,780,617号等に詳細に開示されており、本国際出願で指定した指定国(又は選択した選択国)の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
そして、その後、主制御装置20の管理の下、上記のベースラインの計測結果とウエハアライメント結果とを用いて、ウエハW上の各ショット領域の露光のための走査開始位置(加速開始位置)にウエハステージWSTを移動させる動作(ショット領域間ステッピング動作)と、そのショット領域に対して走査露光方式でレチクルパターンを転写する動作とを、交互に繰り返す、ステップ・アンド・スキャン方式の露光が通常のスキャニング・ステッパ(スキャナ)と同様に行われる。
このように、露光装置10では、通常のスキャナと同様の手順で露光工程の処理が実行されるが、ショット領域の露光のためのレチクルステージRSTとウエハステージWSTとの走査方向(X軸方向)に関する同期移動前後の加減速時に、X軸リニアモータXM1〜XM4の固定子40A〜40Dに生じるウエハステージWSTの駆動力の反力の作用により、X軸カウンタウエイト44A,44Bが、運動量保存の法則に従ってウエハステージWSTと反対方向に移動し、これによって前記反力がほぼ完全にキャンセルされるようになっている。
また、ショット領域間ステッピングの際などに、ウエハステージWSTがY軸方向に関して加減速を伴って駆動される際には、Y軸リニアモータYM1〜YM4の固定子40E〜40Hに生じるウエハステージWSTの駆動力の反力の作用により、Y軸カウンタウエイト44C,44Dが、運動量保存の法則に従ってウエハステージWSTと反対方向に移動し、これによって前記反力がほぼ完全にキャンセルされるようになっている。
この場合において、ウエハステージWSTがX軸方向及びY軸方向に交差する任意の方向に関して加減速を伴って駆動される際には、上述のX軸カウンタウエイト44A,44Bの運動量保存の法則に従った移動、及びY軸カウンタウエイト44C,44Dの運動量保存の法則に従った移動が同時に行われ、ウエハステージWSTの駆動方向によらず、そのウエハステージWSTの駆動力の反力がほぼ完全にキャンセルされる。
以上説明したように、本実施形態の露光装置10によると、前述の走査露光時やショット領域間ステッピング時などに、主制御装置20によって前述のX軸リニアモータXM1〜XM4やY軸リニアモータYM1〜YM4などがそれぞれ制御されてウエハステージWSTがXY面内で駆動される。このような場合、その駆動力の反力が、X軸リニアモータXM1〜XM4及びY軸リニアモータYM1〜YM4それぞれの固定子に生じ、該反力の作用により、それらの固定子が設けられたX軸カウンタウエイト44A,44B又はY軸カウンタウエイト44C,44Dが、ウエハステージWSTの移動方向とは反対側の方向に移動する。この場合、X軸カウンタウエイト,Y軸カウンタウエイトの移動距離は、運動量保存の法則に従った距離となる。従って、各カウンタウエイトの移動によりウエハステージの駆動により生じる反力をほぼキャンセルすることができる。
また、本実施形態では、図2及び図3からも明らかなように、ウエハステージWSTの位置にかかわらず、ウエハステージWSTのX軸方向の駆動力の反力をX軸リニアモータXM1,XM2の駆動軸の中心軸上、X軸リニアモータXM3,XM4の駆動軸の中心軸上、すなわち、X軸カウンタウエイト44A,44Bの移動軸上から取り出すことができる。また、図2及び図5からも明らかなように、ウエハステージWSTの位置にかかわらず、ウエハステージWSTのY軸方向の駆動力の反力をY軸リニアモータYM1,YM2の駆動軸の中心軸上、Y軸リニアモータYM3,YM4の駆動軸の中心軸上、すなわち、Y軸カウンタウエイト44C,44Dの移動軸上から取り出すことができる。従って、反力処理が非常に容易な構造となっている。
また、本実施形態の露光装置10では、前述した如く、X軸リニアモータXM1〜XM4、Y軸リニアモータYM1〜YM4に対する用力供給用の配線、配管として、柔らかい配線、配管を用いることが可能となり、その結果、ウエハステージWSTの駆動時にそれらの配線、配管が引きずられた際に、その張力などによってウエハステージWSTの駆動が妨げられたり、あるいはそれらの配線、配管を介して床振動がウエハ駆動系やウエハステージWSTに伝達されたりするおそれが殆どない。
従って、本実施形態では、ウエハステージWSTの駆動時に、露光に悪影響を与えるような振動の発生が効果的に抑制されているとともに、ウエハステージWSTの位置制御性の向上が図られている。
また、本実施形態の露光装置10では、X軸カウンタウエイト44Aは、X軸リニアモータXM1,XM2の各固定子が設けられた真空カウンタウエイト部52と、該真空カウンタウエイト部52からX軸方向に関して分離され、ロッド部55を介して接続された大気カウンタウエイト部54とを有し、また、X軸カウンタウエイト44Bは、X軸リニアモータXM3,XM4の各固定子が設けられた真空カウンタウエイト部52と、該真空カウンタウエイト部52からX軸方向に関して分離され、ロッド部55を介して接続された大気カウンタウエイト部54とを有している。また、Y軸カウンタウエイト44Cは、Y軸リニアモータYM1,YM2の各固定子が設けられた真空カウンタウエイト部52’と、該真空カウンタウエイト部52’からY軸方向に関して分離され、ロッド部55を介して接続された大気カウンタウエイト部54’とを有し、また、Y軸カウンタウエイト44Dは、Y軸リニアモータYM3,YM4の各固定子が設けられた真空カウンタウエイト部52’と、該真空カウンタウエイト部52’からY軸方向に関して分離され、ロッド部55を介して接続された大気カウンタウエイト部54’とを有している。このため、図2に示されるように、上記4つのカウンタウエイト44A〜44Dの大気カウンタウエイト部を、ウエハステージチャンバ45の外部に位置させることができるので、カウンタウエイト44A〜44D全体をウエハステージWSTが収容されたウエハステージチャンバ45の内部(ステージ収容スペース内部)に収容する場合に比べて、そのウエハステージチャンバ45の内容積を小さく設定することが可能になる。本実施形態では、ウエハステージチャンバ45内部は高真空状態となっているので、その内容積を小さくできることは、真空ポンプその他の真空関連部品の小型化による低コスト化、及び消費電力などのランニングコストの低減などに伴うコストの低減が可能になる。
また、本実施形態の露光装置10では、ウエハステージWSTのウエハテーブルWTB上にウエハWが載置され、そのウエハWがEUV光EL(エネルギビーム)によりレチクルR及び投影光学系を介して露光されるので、ウエハステージWSTの駆動時の反力に起因する振動の影響が解消された状態での露光が可能となり、露光精度の向上が可能となる。これにより、ウエハW上にレチクルRのパターンが精度良く転写されることとなる。この場合、EUV光ELを用いて露光が行われるので、高解像度な露光の実現により、微細パターンを精度良くウエハ上に転写することが可能になっている。
なお、上記実施形態では、X軸カウンタウエイト44A,44B、Y軸カウンタウエイト44C,44Dの全てにおいて、真空カウンタウエイト部の一側にのみロッド部が設けられ、該ロッド部を介して大気カウンタウエイト部が接続されている場合について説明したが、これに限らず、例えばX軸カウンタウエイト44A,44B、Y軸カウンタウエイト44C,44Dの少なくともいずれか1つで、真空カウンタウエイト部の一側と他側にそれぞれロッド部を設けても良い。この場合、例えば図9に示されるX軸カウンタウエイト44B’のようなカウンタウエイトが用いられることとなる。このような、カウンタウエイトを用いると、ウエハステージチャンバ45の+X側の外部に露出したX軸カウンタウエイト44B’の露出部分(大気カンタウエイト部54及びロッド部55の一部)に作用する全ての大気圧の積算値による−X向きの力(大気カウンタウエイト部54の+X側の端面に作用する大気圧による−X向きの力と、大気カウンタウエイト部54の−X側端面に作用する大気圧による+X向きの力との差)と、−X側のロッド部55のウエハステージチャンバ45外部の露出部分に作用する大気圧の積算値による+X向きの力(そのロッド部55の−X側端面に作用する大気圧による+X向きの力)とが釣り合うので、大気圧に起因して常時カウンタウエイトに作用する力を相殺するために、X軸トリムモータに常時推力を発生させる必要がなくなる。
なお、図9において、−X側のロッド部55の先端に、大気カウンタウエイト部を更に設けても良い。すなわち、X軸カウンタウエイト、Y軸カウンタウエイトは、大気カウンタウエイト部を複数有していても良い。あるいは、X軸カウンタウエイト、Y軸カウンタウエイトは、真空カウンタウエイト部が、複数に分割されていても良い。いずれにしても、カウンタウエイトが、互いに分離された複数の部分を有することで、チャンバの有無を問わず、そのカウンタウエイトの設計の自由度や配置の自由度が向上する。
また、上記実施形態では、ウエハステージWSTがウエハステージチャンバ内部の真空中に配置される場合について説明したが、これに限らず、ウエハステージチャンバ内部の窒素、又はヘリウム、アルゴン、ネオンその他のハロゲンガスなどの不活性ガス雰囲気の空間にウエハステージを配置する場合であっても、上記実施形態の説明から明らかなように、本発明のステージ装置は好適に適用できる。この他、ウエハステージが配置されたウエハステージ室の内外がともに空気雰囲気であるが、内部と外部でクリーン度が異なるような場合にも、本発明のステージ装置を好適に適用できる。
また、上記実施形態では、カウンタウエイトの長手方向の全体に渡って、外気に直接触れることなく、コイルに対する電源電流供給用の配線、冷却媒体の供給用の配管がカウンタウエイトの内部空間に配設される場合、すなわちカウンタウエイトの一端面から他端面に渡って、用力供給部(電流供給部、流体供給部)が形成されている場合について説明した。しかしながら、これに限らず、カウンタウエイトの一部にのみ、その内部に用力供給部が形成されていても良い。例えば、上記実施形態において、図7に示されるエアベアリング68より外側のカウンタウエイトの部分にカウンタウエイト外部に配管、配線を導出するための開口を形成しても良く、この場合には、その開口より外側には、中空部は不要である。
また、上記実施形態では、本発明のステージ装置がウエハステージに適用された場合について説明したが、これに限らず、レチクルステージに本発明のステージ装置を適用することも可能である。
なお、上記実施形態では、露光光として波長11nmのEUV光を用いる場合について説明したが、これに限らず、露光光として波長13nmのEUV光を用いても良い。この場合には、波長13nmのEUV光に対して約70%の反射率を確保するため、各ミラーの反射膜としてモリブデンMoとケイ素Siを交互に積層した多層膜を用いる必要がある。
また、上記実施形態では、露光光源としてSOR(Synchrotron Orbital Radiation)を用いるものとしたが、これに限らず、レーザ励起プラズマ光源、ベータトロン光源、ディスチャージド光源、X線レーザなどのいずれを用いても良い。
なお、上記実施形態では、露光光としてEUV光を用い、4枚のミラーのみから成るオール反射の投影光学系を用いる場合について説明したが、これは一例であって、本発明がこれに限定されないことは勿論である。すなわち、例えば、6枚のミラーのみから成る投影光学系を備えた露光装置は勿論、光源に波長100〜160nmのVUV光源、例えばAr2レーザ(波長126nm)を用い、4〜8枚のミラーを有する投影光学系などを用いることもできる。
また、上記実施形態では、本発明が、スキャニング・ステッパに適用された場合について例示したが、本発明の適用範囲がこれに限定されるものではなく、本発明は、マスクと基板とを静止した状態で露光を行うステッパ等の静止型の露光装置にも好適に適用できる。また、同様にステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも本発明は好適に適用できる。
また、露光装置の露光対象である物体は、上記の実施形態のように半導体製造用のウエハに限定されることなく、例えば、液晶表示素子、プラズマディスプレイや有機ELなどのディスプレイ装置の製造用の角型のガラスプレートや、薄膜磁気へッド、撮像素子(CCDなど)、マスク又はレチクルなどを製造するための基板であっても良い。
また、照明光ELは、F2レーザ光(波長157nm)であっても良いが、波長が160nmより長い光、例えばArFエキシマレーザ光(波長193nm)、KrFエキシマレーザ光(波長248nm)などであっても良い。投影光学系としては、KrFエキシマレーザ光、ArFエキシマレーザ光などの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英やホタル石などの遠紫外線を透過する材料を用い、F2レーザ光などを用いる場合はホタル石その他のフッ化物結晶を用いる必要がある。
また、例えば真空紫外光としては、ArFエキシマレーザ光やF2レーザ光などが用いられるが、これに限らず、DFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム(又はエルビウムとイッテルビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。さらに、例えば国際公開WO99/49504号パンプレットなどに開示される、投影光学系PLとウエハとの間に液体(例えば純水など)が満たされる液浸型露光装置なども、本発明のステージ装置を適用することができる。
この他、例えば米国特許第6,778,257号公報に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク(可変成形マスク)、例えば非発光型画像表示素子(空間光変調器とも呼ばれる)の一種であるDMD(Digital Micro-mirror Device)を用いる可変成形マスクを用いる露光装置や、国際公開第2001/035168号パンフレットに開示されているように、干渉縞をウエハW上に形成することによって、ウエハW上にデバイスパターンを形成する露光装置(リソグラフィシステム)などにも本発明を適用することができる。
また、露光装置における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良いし、投影光学系はレンズのみから成る屈折系の投影光学系、レンズを一部に含む反射屈折系の投影光学系のいずれであっても良い。また、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。
なお、本発明のステージ装置は、露光装置に限らず、その他の基板の処理装置(例えば、レーザリペア装置、基板検査装置その他)、あるいはその他の精密機械における試料の位置決め用の装置にも広く適用できる。
なお、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、上記実施形態の露光装置で、マスクとしてのレチクルに形成されたパターンを感光物体としてのウエハ上に転写するリソグラフィステップ、デバイス組み立てステップ(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)、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置が用いられるので、高集積度のデバイスを歩留り良く製造することができる。
以上説明したように、本発明のステージ装置は、露光装置その他の基板の処理装置、あるいはその他の精密機械における試料の位置決め用の装置に適している。また、本発明の露光装置は、マイクロデバイスの製造に適している。
Claims (14)
- 物体が載置される載置部を有する第1ステージと;
前記第1ステージに接続された第1可動子と、該第1可動子と協働する第1固定子とを有し、前記第1ステージを第1軸方向に駆動する第1駆動機構と;
前記第1固定子と接続された第1部分と、該第1部分とは分離して前記第1軸方向に沿って設けられた第2部分と、前記第1部分と前記第2部分とを接続する接続部とを有し、前記第1ステージの前記第1軸方向の移動に応じて前記第1ステージとは反対方向に移動する第1カウンタウエイトと;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ステージを収納するチャンバを有し、
前記第2部分を前記チャンバの外部に配置したことを特徴とするステージ装置。 - 請求項1に記載のステージ装置において、
前記第1カウンタウエイトは、前記第1駆動機構に用力を供給する用力供給部を備えていることを特徴とするステージ装置。 - 請求項1に記載のステージ装置において、
前記第1カウンタウエイトを前記第1軸方向に駆動して位置調整する第1位置調整機構を更に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ステージに少なくとも一部が接続され、前記第1ステージと一体で、前記第1軸方向及びこれに直交する第2軸方向に移動する第2ステージと;
前記第2ステージに接続された第2可動子と、該第2可動子と協働する第2固定子とを有し、前記第1,第2ステージを前記第2軸方向に駆動する第2駆動機構と;
前記第2固定子と接続された第3部分と、該第3部分とは分離して前記第2軸方向に沿って設けられた第4部分と、前記第3部分と前記第4部分とを接続する接続部とを有し、前記第1,第2ステージの前記第2軸方向の移動に応じて前記第2ステージとは反対方向に移動する第2カウンタウエイトと;を更に備えるステージ装置。 - 請求項5に記載のステージ装置において、
前記第1、第2ステージを収納するチャンバを有し、
前記第2部分及び前記4部分を前記チャンバの外部に配置したことを特徴とするステージ装置。 - 請求項5に記載のステージ装置において、
前記第1カウンタウエイトは、前記第1駆動機構に用力を供給する用力供給部を備え、前記第2カウンタウエイトは、前記第2駆動機構に用力を供給する用力供給部を備えていることを特徴とするステージ装置。 - 請求項5に記載のステージ装置において、
前記第1カウンタウエイトを前記第1軸方向に駆動して位置調整する第1位置調整機構と、前記第2カウンタウエイトを前記第2軸方向に駆動して位置調整する第2位置調整機構とを更に備えるステージ装置。 - 物体が載置される載置部を有するステージと;
コイルと磁石とを有し、前記ステージを一軸方向に駆動する駆動機構と;
前記コイルに電流を供給する電流供給部と、前記コイルに流体を供給する流体供給部との少なくとも一方が形成され、前記ステージの前記一軸方向の移動に応じて前記ステージとは反対方向に移動するカウンタウエイトと;を備えるステージ装置。 - 請求項9に記載のステージ装置において、
前記電流供給部と、前記流体供給部との少なくとも一方は、前記カウンタウエイトの外部に対して隔離された状態で、前記カウンタウエイトの内部に形成されていることを特徴とするステージ装置。 - 請求項9に記載のステージ装置において、
前記カウンタウエイトは、前記コイルと前記磁石との一方に接続された第1部分と、該第1部分とは分離して前記一軸方向に沿って設けられた前記第2部分と、前記第1部分と前記第2部分とを接続する接続部とを有していることを特徴とするステージ装置。 - 基板上にパターンを形成すべく該基板をエネルギビームにより露光する露光装置であって、
前記基板が前記物体として前記載置部に載置される請求項1〜11のいずれか一項に記載のステージ装置を備える露光装置。 - 物体が載置される載置部を有するステージと;
前記ステージに接続された可動子と、該可動子と協働する固定子とを有し、前記ステージを一軸方向に駆動する駆動機構と;
前記第1固定子に接続された第1部分と、該第1部分が配置される第1空間とは異なる第2空間に配置される第2部分とを有し、前記ステージの前記一軸方向の移動に応じて前記ステージとは反対方向に移動するカウンタウエイトと;を備えるステージ装置。 - 物体が載置される載置部を有するステージと;
前記ステージに接続された可動子と、該可動子と協働する固定子とを有し、前記ステージを一軸方向に駆動する駆動機構と;
前記固定子に接続されて前記ステージの前記一軸方向の移動に応じて前記ステージとは反対方向に移動する第1部分と、該第1部分と同期して移動可能に支持された第2部分と、前記第1部分と前記第2部分とを接続する接続部とを有するカウンタウエイトと;を備えるステージ装置。
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JP2005203545A (ja) | ステージ装置及び露光装置 |
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