JPWO2009110202A1 - 移動体装置及び露光装置 - Google Patents

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Abstract

露光動作中にウエハステージ(WST)がベース(30)上で加速及び減速を行うことに起因して、ベース(30)等を含むウエハ駆動系に働くトルクを、カウンタマス装置(35)のカウンタ(35b)を所定の加速度でリニアガイド(35a)に沿ってZ軸方向に駆動することでウエハ駆動系に働くトルクによって相殺する。これにより、ウエハ駆動系に働くトルクをキャンセルすることができ、露光装置(10)では精度よくウエハ(W)に対する露光を行うことが可能となる。

Description

本発明は、移動体装置及び露光装置に係り、さらに詳しくは、ガイド面を有するベース上を移動する移動体を有する移動体装置、及びエネルギビームの照射により物体を露光する露光装置に関する。
従来、半導体素子(集積回路等)、液晶表示素子等の電子デバイス(マイクロデバイス)の製造におけるリソグラフィ工程では、主として、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置(いわゆるステッパ)、又はステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置(いわゆるスキャニング・ステッパ(スキャナとも呼ばれる))などが用いられている。
この種の露光装置では、ウエハ又はガラスプレート等の基板(以下、ウエハを総称する)を保持して2次元平面内を移動するウエハステージと、該ウエハステージを所定の速度で駆動する駆動系とを有するステージ装置が一般的に用いられている。そして、ステージ装置の駆動系としては、ウエハに転写されるパターンの微細化にともなって、制御対象をより高速に、かつ高精度に位置決めすることが可能な平面モータなどが用いられている(例えば特許文献1参照)。平面モータを用いたステージ装置は、回転型のモータを用いた装置と比較して、機械的な摩擦が生じる部分が少なくなるため装置のランニングコストを抑制することができ、さらには装置の構成をシンプルにすることができるので、今後利用の拡大が予想される。
しかしながら、平面モータを用いてウエハステージを駆動する場合、その駆動力の反力が平面モータの固定子に作用し、この反力に起因して装置に生じる振動が露光精度を悪化させるおそれがある。
国際公開第99/048192号
本発明は、上述の事情の下でなされたもので、第1の観点からすると、ガイド面を有するベースと;前記ガイド面上を移動する移動体と;前記ベースに設けられた第1部材と前記移動体に設けられた第2部材とを含み、前記第1部材と前記第2部材とが協働することで、前記ベースと前記移動体との間に前記移動体を前記ガイド面に沿って移動させる推力を生じさせる平面モータと;前記平面モータの推力によって前記移動体が移動する際に発生する、前記ベースと前記移動体とを含む系の重心を中心に生じる回転力をキャンセルする方向の力を、前記ベースに作用させるキャンセル装置と;を備える第1の移動体装置である。
また、本発明は第2の観点からすると、ガイド面を有するベースと;前記ガイド面上を移動する移動体と;前記ベースと前記移動体との間に、前記移動体を前記ガイド面に沿って移動させる推力を生じさせる駆動系と;前記移動体の移動により、前記ベースと前記移動体とを含む系の重心を中心に生じる回転力をキャンセルする方向の力を、前記ベースに作用させるキャンセル装置と;を備え、前記キャンセル装置は、前記ガイド面に直交する直交軸方向に移動する質量体と、前記ベースに設けられて前記質量体を前記直交軸方向に案内するガイドと、前記移動体の移動に応じて前記質量体を前記ガイドに対して移動させるアクチュエータとを有する第2の移動体装置である。
また、本発明は第3の観点からすると、エネルギビームの照射により物体を露光する露光装置であって、前記物体が前記移動体に保持される本発明の移動体装置を備える露光装置である。
本発明の一実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。 防振装置の近傍を示す図である。 ウエハステージを示す斜視図である。 ウエハステージの一部断面図(その1)である。 ウエハステージの一部断面図(その2)である。 図6(A)及び図6(B)は、ガイド54を構成する固定子コイルを示す図(その1、その2)である。 図7(A)及び図7(B)は、固定子コイルの各巻線と磁石ユニットの永久磁石の配置を説明するための図(その1、その2)である 図8(A)及び図8(B)は、固定子コイルと磁石ユニットとの作用を説明するための図(その1、その2)である。 固定子コイルと磁石ユニットとの作用を説明するための図(その3)である。 露光装置の制御系のブロック図である。 カウンタマス装置35の動作を説明するための図である。
以下、本発明の一実施形態を図1〜図11に基づいて説明する。
図1には、本実施形態に係る露光装置10の概略構成が示されている。この露光装置10は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置(スキャニング・ステッパ)である。後述するように本実施形態では、投影光学系PLが設けられており、以下この投影光学系PLの光軸AXと平行な方向をZ軸方向、これに直交する面内でレチクルRとウエハWとが相対走査される方向をY軸方向、Z軸及びY軸に直交する方向をX軸方向とし、X軸、Y軸及びZ軸に平行な軸回りの回転方向をそれぞれθx方向、θy方向、θz方向として説明を行う。
露光装置10は、光源及び照明光学系を含み、照明光(露光光)ILによりレチクルRを照明する照明系12、レチクルRを保持するレチクルステージRST、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を含むウエハステージ装置100、及びこれらの制御系を備えている。
照明系12は、不図示のレチクルブラインドで規定されたレチクルR上のスリット状の照明領域を照明光ILによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ILとしては、一例としてArFエキシマレーザ光(波長193nm)が用いられている。
レチクルステージRSTは、XY平面に沿って配置されたレチクルステージベース20上に配置され、レチクルステージ駆動系19を構成する例えば磁気浮上型2次元リニアアクチュエータが発生する磁気浮上力によってレチクルステージベース20上に浮上支持されている。そして、レチクルステージRST上には、レチクルRが、例えば真空吸着又は静電吸着により固定されている。
レチクルステージRSTは、レチクルステージ駆動系19が発生する駆動力によってY軸方向に所定ストロークで駆動されるとともに、X軸方向及びθz方向にも微小駆動され、更に、レチクルステージ駆動系19が複数箇所で発生する磁気浮上力の調整によってZ軸方向及びXY平面に対する傾斜方向(θx方向及びθy方向)にも微小駆動可能である。
レチクルステージRST(レチクルR)のXY平面内の位置情報(θz方向の回転情報も含む)は、レチクルステージRSTに固定された(又は形成された)反射面にレーザビームを照射するレチクルレーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」という)18Rによって、例えば0.25〜1nm程度の分解能で常時求めることが可能である。そして、レチクルRのZ軸方向の位置情報は、例えば米国特許第5,448,332号明細書に開示される多点焦点位置検出系からなる不図示のレチクルフォーカスセンサによって求められる。
レチクル干渉計18R及びレチクルフォーカスセンサの計測値は、主制御装置11(図10参照)に供給され、主制御装置11は、これらの計測値に基づいて、レチクルステージ駆動系19を介してレチクルステージRSTを駆動する。
投影ユニットPUは、レチクルステージRSTの図1における下方に配置されている。投影ユニットPUは、円筒状の鏡筒40と、該鏡筒40に保持された複数の光学素子から成る投影光学系PLとを有している。
投影光学系PLとしては、例えば、Z軸と平行な光軸AXに沿って配列された複数の光学素子(レンズエレメント)からなる屈折光学系が用いられている。投影光学系PLは、例えば両側テレセントリックで、所定の投影倍率(例えば1/4倍、1/5倍又は1/8倍など)を有する。このため、照明系12からの照明光ILによって照明領域が照明されると、投影光学系PLの第1面(物体面)とパターン面がほぼ一致して配置されるレチクルRを通過した照明光ILにより、投影光学系PLを介してその照明領域内のレチクルの回路パターンの縮小像(回路パターンの一部の縮小像)が、投影光学系PLの第2面(像面)側に配置される、表面にレジスト(感光剤)が塗布されたウエハW上の前記照明領域に共役な領域(露光領域)に形成される。そして、レチクルステージRSTとウエハステージWSTとの同期移動によって、照明領域(照明光IL)に対してレチクルを走査方向(Y軸方向)に相対移動させるとともに、露光領域(照明光IL)に対してウエハWを走査方向(Y軸方向)に相対移動させることで、ウエハW上の1つのショット領域(区画領域)の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルのパターンが転写される。すなわち、本実施形態では照明系12及び投影光学系PLによってウエハW上にレチクルRのパターンが生成され、照明光ILによるウエハW上の感応層(レジスト層)の露光によってウエハW上にそのパターンが形成される。
ウエハステージ装置100は、ベース30、ベース30をXY面平内で微少移動させるXYトリムモータ36、ベース30の上面(XY平面)に沿って移動するウエハステージWST、ウエハステージWSTを駆動する駆動系、及びウエハステージWSTの駆動に伴ってベース30に作用する回転力をキャンセルする複数のカウンタマス装置35などを備えている。
ベース30は、上面側に磁石ユニット32が埋め込まれた正方形板状の部材であり、床面102に載置された支持台37の上方に、複数の転動体88a(例えば、ボール、ころ等)を含む支持装置88をそれぞれ介して複数の防振装置34によってほぼ水平に支持されている。
磁石ユニット32は、Z軸方向の磁界を発生させる複数の永久磁石と、Y軸方向又はX軸方向の磁界を発生させる補間磁石とを有している。そして、それぞれの永久磁石は、隣接する永久磁石間で磁界の向きが相互に逆向きとなるようにマトリクス状に配置されている。また、それぞれの補間磁石は、補間磁石が生じさせる磁界の向きが、隣接する永久磁石間に生じる磁界の向きと一致した状態で、隣接する永久磁石の間にそれぞれ配置されている。これにより、磁石ユニット32では、隣接する永久磁石間に、補間磁石を介して磁束が巡る磁気回路が形成されるようになっている。磁石ユニット32は、ベース30の上面側から埋め込まれ、ベース30の上面には、磁石ユニット32を覆うように、非磁性体から成る保護プレート31が固定されている。保護プレート31は、ウエハステージWSTと、磁石ユニット32との直接的な接触を防止するとともに、ウエハステージWSTの移動の際のガイド面となっている。
図2は、ベース30を支持する防振装置34を示す図である。図2に示されるように、防振装置34は、支持台37の上面に固定されたエアマウント70と、ベース30を鉛直方向(Z軸方向)に高応答で微小駆動可能なボイスコイルモータ78とを備えている。
エアマウント70は、上部に開口を有するハウジング71と、ハウジング71の開口を塞ぐ状態で配置された保持部材73と、ハウジング71と保持部材73とに接続され、ハウジング71及び保持部材73とともにほぼ気密状態の気体室74を形成するダイヤフラム75と、気体室74の内部に充填された気体、例えば空気の圧力を調整する電磁レギュレータ(以下、適宜「レギュレータ」とも呼ぶ)77とを備えている。
ボイスコイルモータ78は、ベース30の下面に支持装置88を介して取り付けられた可動子78a、及び該可動子78aにZ軸方向の電磁力を作用させる固定子78bを有している。
防振装置34では、主制御装置11(図10参照)により不図示の圧力センサの計測値に基づいて電磁レギュレータ77が制御され、気体室74内部の気体の圧力制御が行われる。これにより、床面102(図1参照)から支持台37を介して伝搬される、例えば20Hz程度の振動成分が除振される。また、気体室74内の気体の制御だけでは、20Hz程度の振動成分しか除振することができないため、主制御装置11は、電磁レギュレータ77の制御と並行して、例えば、ベース30の振動を検出する不図示の加速度センサなどからの出力に応じてボイスコイルモータ78の制御を行う。これにより、ベース30と床面102上に載置された支持台37との間は振動的にマイクロGレベルで絶縁される。
また、ベース30は、複数の転動体88aを含む支持装置88を介して防振装置34に支持されているため、防振装置34に対してX軸方向及びY軸方向に相対移動することができる。支持装置88としては、例えばスラストベアリングやエアベアリングを用いることができる。そして、ベース30のXY平面内の位置(θz回転も含む)は、例えばベース30の側面にレーザビームを照射するレーザ干渉計(以下、「ベース干渉計」という)18B(図1参照)によって、例えば0.25〜1nm程度の分解能で常時検出される。なお、ベース干渉計18Bは、X軸方向位置計測用のものとY軸方向位置計測用のものとがそれぞれ配置されているが、図1ではこれらが代表的にベース干渉計18Bとして図示されている。
XYトリムモータ36は、図1に示されるように、ベース30の側面に取り付けられた可動子36aと、該可動子36aにX軸方向及びY軸方向の電磁力を作用させる固定子36bとを有している。そして、ウエハステージWSTがベース30上を所定の加速度で移動する際に生じる反力によってベース30がXY平面内を移動した場合には、主制御装置11(図10参照)が、ベース干渉計18BをモニタしつつXYトリムモータ36を制御することで、反力によって移動したベース30を反力の方向と反対の方向へ移動させる。
図3は、ウエハステージWSTの斜視図である。図3に示されるように、ウエハステージWSTは、粗動ステージWRSと、粗動ステージWRS上に移動可能に配置された微動ステージWFSと、微動ステージWFSに支持されるウエハテーブル42とを有している。
図4は、ウエハステージWSTを+Y方向に向かって見た断面図(一部断面図)であり、図5は、ウエハステージWSTを−X方向へ向かって見た断面図(一部断面図)である。これら図4及び図5を参照するとわかるように、粗動ステージWRSは、正方形板状のベース部51、及びベース部51上面の+Y側端部及び−Y側端部から上方(+Z方向)へ延設された一対の支持部52の2部分からなるZY断面U字状の部材である。
ベース部51の下面側(−Z側の面側)には、電機子ユニット58が収容されている。電機子ユニット58は、供給される電流の大きさに応じたZ軸方向の磁界を発生させる複数のコイルを含んでおり、上述したベース30に配置された磁石ユニット32と共に、粗動ステージWRSを、ベース30の上面に固定された保護プレート31の上面で駆動する平面モータ(XY駆動系)を構成している。
また、粗動ステージWRSの一対の支持部52の間には、長手方向をY軸方向とする4本のガイド54それぞれが、+Y側端部及び−Y側端部を一対の支持部52によってそれぞれ支持されることで、Z軸方向及びX軸方向にそれぞれ隣接した状態で架設されている。
図6(A)及び図6(B)を参照するとわかるように、ガイド54の内部の−X側には、平面視(上方から見て)正方形の上部巻線55aと下部巻線55bとが上下方向に重ねて配置された複数の固定子コイル55が、Y軸に沿って等間隔に配置されている。また、ガイド54の内部の+X側には、平面視長方形の固定子コイル56が、Y軸方向を長手方向として配置されている。なお、図6(A)及び図6(B)は、図4及び図5で示された4本のガイド54のうちの1本を示すものである。以下の図7(A)及び図7(B)、図8(A)及び図8(B)、図9を用いた説明では、1本のガイド54について説明するが、例えばガイド54に配置される固定子コイル55、56の構成やその構成に伴う力の発生原理は各ガイド54に共通するものである。そして、4本のガイド54は、各々が有する固定子コイル55、56が、微動ステージWFSの中心C(図4参照、重心でもよい)に対して図4に示されるような断面において点対称となるように配置されている。ただし、このような配置に限定されることはなく、4本のガイドは、例えば、図面左右または上下のガイドの2組ずつが線対称となるように配置されてもよい。また、図7(A)、図8(A)、及び図8(B)では、複数の固定子コイル55に対して、−Y側から+Y側に向けて順に55、55,55の番号を付して説明する。
微動ステージWFSは、図4及び図5を参照するとわかるように、長手方向をY軸方向とする直方体状の部材であり、+Y側から−Y側に貫通する4つの開口部60A,60B,60C,60DがZ軸方向及びX軸方向にそれぞれ隣接した状態で形成されている。そして、開口部60A〜60Dそれぞれの上下に対向する一対の対向面のうち、上側の面には長手方向をY軸方向とする磁石ユニット61A,63AがX軸方向に隣接してそれぞれ固定され、下側の面には長手方向をY軸方向とする磁石ユニット61B,63BがX軸方向に隣接してそれぞれ固定されている。
微動ステージWFSは、4つの開口部60A〜60Dそれぞれに、ガイド54が挿入された状態で粗動ステージWRSに対して装着されている。また、粗動ステージWRSに装着された微動ステージWFSの自重は、支持装置(自重キャンセラ)60によって粗動ステージWRSのベース部51の上面に支持されている。これにより、4本のガイド54と、磁石ユニット61A,61B,63A,63Bそれぞれとが機械的に干渉しないようになっている。
ウエハテーブル42は、平面視が略正方形の板状部材から成り、下面が微動ステージWFSの上面に固定され、上面には例えば不図示のウエハホルダを介してウエハWが静電吸着又は真空吸着される。また、ウエハテーブル42の上面には、不図示の基準マーク板が、その表面がウエハWと同一高さとなる状態で固定されている。この基準マーク板の表面には、少なくとも一対のレチクルアライメント用の第1基準マークと、これらの第1基準マークに対して既知の位置関係にあるオフアクシスアライメント系のベースライン計測用の第2基準マークなどが形成されている。さらに、ウエハテーブル42の+Y側の側面、及び−X側の側面には、鏡面加工によって反射面がそれぞれ形成されている。
上述のように粗動ステージWRSに微動ステージWFSが装着されたときには、例えば図4に示されるように、ガイド54の上方に磁石ユニット61A,63Aがそれぞれ位置し、ガイド54の下方に磁石ユニット61B,63Bがそれぞれ位置している。また、この状態のときには、図7(A)及び図7(B)に示されるように、磁石ユニット61A,61Bは、ガイド54の内部に配置された固定子コイル55を介して対向した状態となっている。そして、図7(B)に示されるように、磁石ユニット63A,63Bは、ガイド54の内部に配置された固定子コイル56を介して対向した状態となっている。
磁石ユニット61A,61Bそれぞれは、上面側(+Z側)がN極である複数の永久磁石62、及び下面側(−Z側)がS極である複数の永久磁石62を有している。磁石ユニット61A,61Bそれぞれにおいて、複数の永久磁石62と永久磁石62とは、Y軸方向に交互に、且つ等間隔で配列されている。また、磁石ユニット61Aの有する永久磁石62は、磁石ユニット61Bの有する永久磁石62に対向して配置され、磁石ユニット61Aの有する永久磁石62は、磁石ユニット61Bの有する永久磁石62に対向して配置されている。これにより、磁石ユニット61Aと磁石ユニット61Bに挟まれた空間には、Y軸方向に相互に向きが反対の磁界がY軸方向に等間隔で形成される。
また、磁石ユニット61Aでは、図7(A)に示されるように、例えば磁石ユニット61Aが有する複数の永久磁石のうちの一つの永久磁石62の直下に固定子コイル55の中心が配置された状態で、この永久磁石62に対して+Y方向に隣接する一組の永久磁石62,62がそれぞれ固定子コイル55の上部巻線55aの上方に配置され、且つ−Y方向に隣接する一組の永久磁石62,62がそれぞれ固定コイル55の上部巻線55aの上方に配置されるように、隣接する永久磁石62,62の間隔が設定されている。磁石ユニット61Bが有する複数の永久磁石62,62の間隔も、磁石ユニット61Aが有する複数の永久磁石62,62の間隔と同様に設定されている。
したがって、一例として図8(A)に示される固定子コイル55のように、中心の位置が永久磁石62の直下に位置する固定子コイル55の上部巻線55aに−Z方向から見て右回りの電流が供給されると、固定子コイル55の上方にN極が形成され、また、下部巻線55bに−Z方向から見て左回りの電流が供給されると固定子コイル55の下方にN極が形成される。これにより、固定子コイル55と磁石ユニット61Aとの間に吸引力が発生し、固定子コイル55と磁石ユニット61Bとの間に反発力(斥力)が発生する。この力は微動ステージWFSに対して下向きの推力として作用するため、微動ステージWFSを粗動ステージWRSに対して下方(−Z方向)に相対移動させることができる。
同様に中心の位置が永久磁石62の直下に位置する固定子コイル55の上部巻線55aに−Z方向から見て左回りの電流が供給されると、固定子コイル55の上方にS極が形成され、また、下部巻線55bに−Z方向から見て右回りの電流が供給されると、固定子コイル55の下方にS極が形成される。これにより、固定子コイル55と磁石ユニット61Aとの間に反発力が発生し、固定子コイル55と磁石ユニット61Bとの間に吸引力が発生する。この力は微動ステージWFSに対して上向きの推力として作用するため、微動ステージWFSを粗動ステージWRSに対して上方(+Z方向)に相対移動させることができる。
また、一例として図8(B)に示される固定子コイル55,55のように、各巻線55a,55bそれぞれが永久磁石62、62の直下に位置する固定子コイル55の各巻線55a,55bに、それぞれ−Z方向から見て右回りの電流が供給されると、各巻線55a,55bに−Y方向の力(ローレンツ力)が作用し、その反作用として永久磁石62に+Y方向の力が作用する。永久磁石62に作用する力は微動ステージWFSに対して+Y方向の推力として作用するため、微動ステージWFSを粗動ステージWRSに対して+Y方向に相対移動させることができる。
同様に各巻線55a,55bそれぞれが永久磁石62、62の直下に位置する固定子コイル55の各巻線55a,55bに、それぞれ−Z方向から見て左回りの電流が供給されると、各巻線55a,55bに+Y方向の力が作用し、その反作用として永久磁石62に−Y方向の力が作用する。永久磁石62に作用する力は微動ステージWFSに対して−Y方向の推力として作用するため、微動ステージWFSを粗動ステージWRSに対して−Y方向に相対移動させることができる。
また、磁石ユニット63A,63Bそれぞれは、図7(B)を参照するとわかるように、X軸方向に関して所定間隔で配置された一組の永久磁石64(64、64)を有している。一組の永久磁石64それぞれのうち、−X側の永久磁石は、それぞれ上面側(+Z側)がS極となっており、+X側の永久磁石は、それぞれ上面側(−Z側)がN極となっている。以下、上面側がS極となった永久磁石64を永久磁石64と表し、上面側がN極となった永久磁石64を永久磁石64と表す。これにより、一対の永久磁石64に挟まれた空間には、下向きの磁界が形成され、一対の永久磁石64に挟まれた空間には、上向きの磁界が形成される。一対の永久磁石64は、固定子コイル56の−X側の端部の上方、及び下方にそれぞれ配置され、一対の永久磁石64は、固定子コイル56の+X側の端部の上方、及び下方にそれぞれ配置されている。
したがって、一例として図9に示されるように、固定子コイル56に−Z方向から見て右回りの電流が供給されると、固定子コイル56に+X方向の力(ローレンツ力)が作用し、その反作用として永久磁石64(64、64)に−X方向の力が作用する。永久磁石64に作用する力は微動ステージWFSに対して−X方向の推力として作用するため、微動ステージWFSを粗動ステージWRSに対して−X方向に相対移動させることができる。
同様に、固定子コイル56に−Z方向から見て左回りの電流が供給されると、固定子コイル56に−X方向の力が作用し、その反作用として永久磁石64に+X方向の力が作用する。永久磁石64に作用する力は微動ステージWFSに対して+X方向の推力として作用するため、微動ステージWFSを粗動ステージWRSに対して+X方向に相対移動させることができる。
以上の説明から明らかなように、本実施形態のウエハステージ装置100では、ベース30に固定された磁石ユニット32と、粗動ステージWRSに固定された電機子ユニット58とで、ウエハステージWSTをXY平面内で駆動するXY駆動系(平面モータ)XYM(図10参照)が構成されている。また、本実施形態のウエハステージWSTでは、微動ステージWFSの開口部60A〜60Dそれぞれに挿入されたガイド54に固定されたコイル55と、開口部60A〜60Dを規定する一対の対向面それぞれに固定された磁石ユニット61A,61Bとで、微動ステージWFSを粗動ステージWRSに対してY軸方向及びZ軸方向に相対移動する4つのYZ駆動系YZ1,YZ2,YZ3,YZ4(各々図10参照)が構成されている。また、微動ステージWFSの開口部60A〜60Dそれぞれに挿入されたガイド54に固定されたコイル56と、開口部60A〜60Dを規定する一対の対向面それぞれに固定された磁石ユニット63A,63Bとで、微動ステージWFSを粗動ステージWRSに対してX軸方向に相対移動する4つのX駆動系X1,X2,X3,X4(各々図10参照)が構成されている。
これにより、ウエハステージ装置100では、YZ駆動系YZ1〜YZ4のうちの一部と他部とに互いに異なる推力を発生させることで、微動ステージWFSを、Z軸及び/又はY軸回りに回転させることができる。具体的に説明すると、YZ駆動系YZ1(及び/又はYZ駆動系YZ2)と、YZ駆動系YZ3(及び/又はYZ駆動系YZ4)との間で、大きさが異なるY軸方向の推力を微動ステージWFSに作用させることで、微動ステージWFSをZ軸回りに回転させることができる。また、YZ駆動系YZ1(及び/又はYZ駆動系YZ3)と、YZ駆動系YZ2(及び/又はYZ駆動系YZ4)との間で、大きさが異なるY軸方向の推力を微動ステージWFSに作用させることで、微動ステージWFSをX軸回りに回転させることができる。また、ウエハステージ装置100では、X駆動系X1〜X4のうちの一部と他部とに互いに異なる推力を発生させることで、微動ステージWFSを、Y軸回りに回転させることができる。具体的に説明すると、X駆動系X1(及び/又はX駆動系X3)と、X駆動系X2(及び/又はX駆動系X4)との間で、大きさが異なるX軸方向の推力を微動ステージWFSに作用させることで、微動ステージWFSをY軸回りに回転させることができる。
図1に戻り、ウエハステージWSTのXY平面内の位置情報(θz方向の回転情報も含む)は、ウエハテーブル42(図3参照)の側面にレーザビームを照射するウエハレーザ干渉計(以下、「ウエハ干渉計」という)18Wによって、例えば0.5〜1nm程度の分解能で常時求めることが可能である。なお、ウエハ干渉計18Wは、X軸方向位置計測用のものとY軸方向位置計測用のものとを含むが、図1ではこれらが代表的にウエハ干渉計18Wとして図示されている。また、X軸方向位置計測用のレーザ干渉計及びY軸方向位置計測用のレーザ干渉計は、ともに測長軸を複数有する多軸干渉計であり、ウエハテーブル42のX、Y位置情報の他、回転情報(ヨーイング量情報(θz方向の回転情報)、ピッチング量情報(θx方向の回転情報)、ローリング量情報(θy方向の回転情報))も求めることができる。
ウエハステージWSTに保持されたウエハW表面のZ軸方向の位置情報及び傾斜量は、投影ユニットPUの鏡筒40に図示しない保持装置を介して取り付けられた、前述のレチクルフォーカスセンサと同様の、例えば米国特許第5,448,332号明細書に詳細に開示されているウエハフォーカスセンサWF(図10参照)によって求めることができる。
ウエハテーブル42及びウエハWに関する位置情報(又は速度情報)は、主制御装置11に送られ、主制御装置11は、これらの位置情報(又は速度情報)に基づいて、XY駆動系XYM、4つのYZ駆動系YZ1〜YZ4、4つのX駆動系X1〜X4を介して粗動ステージWRS及び微動ステージWFSの位置(又は速度)制御を行う。
ここで、ウエハステージWSTがベース30の上面で、XY駆動系XYMによって、加速及び減速される際には、ベース30の磁石ユニット32と、ウエハステージWSTの電機子ユニット58との間に電磁力が作用する。例えば図11に示されるように、ウエハステージWSTに+Y方向の推力Fを作用させた場合には、磁石ユニット32には−Y方向に推力Fの反力F’が作用する。そして、この反力F’によって、ウエハステージWST、ベース30、磁石ユニット32等を含む系(以下、ウエハ駆動系と略述する)には、例えば、その系の重心を通りX軸に平行な軸S回りに、反力F’に軸Sから反力F’の作用する点までのZ軸方向の距離Dを乗じた大きさのトルク(ピッチングモーメント)が働く。
複数のカウンタマス装置35それぞれは、ベース30とウエハステージWSTとを含む系の重心を中心に生じるトルクをキャンセルする方向の力を、ベース30に作用させるためのものである。カウンタマス装置35は、図1に示されるように、例えばベース30下面の−Y側端部及び+Y側端部にそれぞれ配置されており、ベース30下面に長手方向をZ軸方向として固定されたリニアガイド35aと、該リニアガイド35aに沿ってZ軸方向に移動可能な環状のカウンタマス35bとを有している。
リニアガイド35aには、例えばその内部に複数の電機子コイルがZ軸方向に配置されている。また、環状のカウンタマス35bは、リニアガイド35aが挿入された状態でリニアガイド35aに取り付けられ、カウンタマス35bに配置された永久磁石がリニアガイド35aに対向するようになっている。すなわち、カウンタマス35bの永久磁石と、リニアガイド35aの電機子コイルとで、カウンタマス35bをZ軸方向へ移動させるリニアモータが構成され、主制御装置11(図10参照)は、リニアガイド35aの電機子コイルに供給する電流を制御することで、カウンタマス35bをリニアガイド35aに沿って昇降させることができるようになっている。
本実施形態では、主制御装置11は、ウエハステージWSTに推力を作用させることにより、ウエハステージWSTの加速及び減速を行う際に、上述のようにウエハ駆動系に働くトルクをキャンセルするように、カウンタマス装置35のカウンタマス35bをリニアガイド35aに沿って移動させる。具体的には、主制御装置11は、図11に示されるように、カウンタマス35bに推力fを作用させることによって、リニアガイド35aに推力fの反力f’を作用させる。
これによって、ウエハ駆動系には、反力f’に反力f’の作用点から軸SまでのY軸方向の距離Lを乗じたトルクが働く。このトルクは、ウエハ駆動系の軸S回りに働き、カウンタマス35bの質量をM、加速度をaとすると、次式(1)で示される。
f’・L=M・a・L…(1)
したがって、主制御装置11は、次式(2)で示される大きさの加速度aをもって、カウンタマス35bをリニアガイド35aに沿って移動させる。これによって、ウエハステージWSTの駆動時に軸S回りに生じるトルクと、カウンタマス35bの駆動時に生じるトルクとが相殺される。
a=F’・D/(M・L)…(2)
推力Fは、XY駆動系XYMに送られる駆動信号等にその情報を盛り込んでおけば該駆動系を駆動する前に既知となるので、その反力F’を予測することも可能である。したがって、所定の推力Fを決めれば上記加速度aを求めることができ、カウンタマス35の駆動をフィードフォワードで制御することが可能である。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、反力F’をセンサ等で直接検出して上記加速度aを求めることで、カウンタマス35の駆動をフィードバック制御するようにしてもよい。これにより、推力Fと反力F’の対応が、外乱等によって所定の関係を満たさない場合等でもウエハ駆動系の軸S回りに生じるトルクを相殺することが可能となる。なお、上記外乱を防振装置34によって抑制することも可能であり、主制御装置11は、防振装置34とカウンタマス装置35とを適宜制御して前記外乱の影響を受けないようにウエハ駆動系の軸S回りに生じるトルクをキャンセルようにしてもよい。
なお、ここでは説明の便宜上、図11に示されるように、1つのカウンタマス装置35を用いて、ウエハステージWSTの駆動時にウエハ駆動系の軸S回りに生じるトルクをキャンセルする場合について説明したが、2つのカウンタマス装置35を用いて、ウエハ駆動系の軸S回りに生じるトルクをキャンセルしてもよい。この場合には、2つのカウンタマス装置35を駆動することによって、ウエハ駆動系の軸S回りに作用するトルクの大きさが、ウエハステージWSTの駆動時に軸S回りに生じるトルクの大きさと等しくなるように、各カウンタマス35bを駆動すればよい。また、カウンタマス装置35を3つ以上設けるように構成してもよい。
本実施形態では、カウンタマス装置35は、XY面内において支持台37に固定されていたが、それに限定されるものでもない。例えば、カウンタマス装置35が支持台37に対してXY方向に移動できるようにしてもよい。そして、XY駆動系XYMの反力F’が支持台37に作用する位置に応じて、カウンタマス装置35が発生させる反力f’が支持台37に作用する位置が変わるようにしてもよい。この場合、両反力の作用位置がなるべく近接するようにカウンタマス装置35の位置を制御することもできる。
図10は、本実施形態の露光装置10のステージ制御に関連する制御系を一部省略して示すブロック図である。図10に示される制御系は、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)を含み、装置全体を統括して制御する主制御装置11を中心として構成されている。
また、露光装置10は、図1に示されるように、投影ユニットPUの近傍に、オフアクシス方式のアライメント系ALGを有している。このアライメント系ALGとしては、例えば、ウエハ上のレジストを感光させないブロードバンドな検出光束を対象マークに照射し、その対象マークからの反射光により受光面に結像された対象マークの像と不図示の指標の像とを撮像素子(CCD)等を用いて撮像し、それらの撮像信号を出力する画像処理方式のFIA(Field Image Alignment)系のアライメントセンサが用いられている。このアライメント系ALGは、指標中心を基準とするマークの位置情報を主制御装置11に供給する。主制御装置11は、この供給された情報と、ウエハ干渉計18Wの計測値とに基づいて、検出対象のマーク、具体的には基準マーク板上の第2基準マーク又はウエハ上のアライメントマークのウエハ干渉計18Wの測長軸で規定されるステージ座標系上における位置情報を求めるようになっている。
上記のように構成された本実施形態の露光装置10では、まず、ウエハW及びレチクルRが、それぞれウエハステージWST及びレチクルステージRST上にロードされ、レチクルアライメント及びベースライン計測、並びにウエハアライメント(例えばEGA(エンハンスト・グローバル・アライメント)等)などの所定の準備作業が行われる。その後、主制御装置11の管理の下、ウエハWの第1番目のショット領域に対する露光のための加速開始位置にウエハステージWSTが移動されるとともに、レチクルRの位置が加速開始位置となるように、レチクルステージRSTが移動される。そして、レチクルステージRSTと、ウエハステージWSTとがY軸方向に沿って同期駆動されることで、ウエハW上の第1番目のショット領域に対する露光が行われる。以後、レチクル上のすべてのショット領域に対する露光が行われることで、ウエハWの露光が完了する。
以上に説明したように、本実施形態によると、露光動作中にウエハステージWSTがベース30上で加速及び減速を行うことに起因して、ベース30等を含むウエハ駆動系に働くトルクと、カウンタマス装置35のカウンタマス35bが所定の加速度でリニアガイド35aに沿って駆動されることによりウエハ駆動系に働くトルクとが相殺される。これによって、ウエハ駆動系に働くトルクがキャンセルされ、露光装置10では精度よくウエハWに対する露光を行うことが可能となる。
また、ベース30は、床面102に載置された支持台37に対して、防振装置34を介して支持されている。したがって、ウエハステージWST及びカウンタマス装置35のカウンタマス35bの移動に起因してウエハ駆動系に生じる振動は、支持台37に対して絶縁される。したがって、露光装置10を構成する照明系12、レチクルステージRSTなどに、ウエハ駆動系で生じた振動が伝搬することを回避することが可能となる。
なお、本実施形態では、カウンタマス装置35が、ベース30の+Y側及び−Y側端部に配置されている場合について説明したが、これに限らず、ベース30の下面の少なくとも3カ所以上に配置されていてもよい。これにより、ウエハ駆動系に対して、上述の軸Sとは異なる軸回りのトルクを働かせることができる。
また、上記実施形態では、電機子ユニット58が粗動ステージWRS側に配置される場合について説明したが、これに限らずベース30側に電機子ユニットが配置され、粗動ステージWRS側に磁石ユニットが配置されることとしても良い。
また、上記実施形態では、ウエハステージを1つ有するウエハステージ装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明がこれに限られるものではなく、2つ以上のウエハステージを有するウエハステージ装置に本発明を適用することも可能である。
また、上記実施形態のウエハフォーカスセンサWFに代えて、ウエハWの面形状を検出する面形状検出装置を用いてもよい。この面形状検出装置としては、ウエハに対し、例えばウエハの直径より長いライン状のビームを斜入射させる照射系と、該照射系により照射されたビームの反射光を受光する検出器、例えば1次元CCDセンサ又はラインセンサなどを有する受光系を含むものが考えられる。したがって、公知の多点AF系の検出原理と同じ原理で、複数の点状の照射領域を計測点として、各計測点でのウエハのZ位置(ウエハが移動する所定面(XY平面)と垂直なZ軸方向に関する位置情報)を求めることができる。この場合、露光開始前に、ウエハ表面のZ位置情報の分布を算出し、露光動作の際には、該算出結果に基づいて、微動ステージのZ軸方向に関する位置・姿勢を制御することができる。
また、上記実施形態では、粗動ステージWRSを駆動する駆動装置として平面モータを用いることとしたが、これに限らず、リニアモータを用いることとしても良い。
また、上記実施形態ではウエハステージ装置に本発明の移動体装置が採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RSTに本発明の移動体装置を採用することも可能である。
また、上記実施形態では、ウエハ表面を水平面(XY平面)と平行に保持するウエハステージ装置に本発明を採用した場合について説明したが、これに限らず、ウエハ表面をXY平面と直交する面にほぼ平行に保持するウエハステージ(縦型ステージ)に本発明を採用することも可能である。
また、上記実施形態の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PLは屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。
また、国際公開第2004/53955号に開示される液浸露光装置に本発明を適用することも可能である。また、上記実施形態の露光装置は、例えば国際公開第2005/074014号などに開示されているように、ウエハステージとは別に計測ステージを備えるものでも良い。
また、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれに限定されないことは勿論である。すなわちステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置、さらに、ステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置、又はプロキシミティ方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナーなどにも、本発明は適用できる。
露光装置の用途としては半導体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転写する液晶用の露光装置や、有機EL、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD等)、マイクロマシン及びDNAチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
また、照明光ILは、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)に限らず、KrFエキシマレーザ光(波長248nm)などの紫外光や、F2レーザ光(波長157nm)などの真空紫外光であっても良い。例えば真空紫外光として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。
また、上記実施形態では、露光装置の照明光ILとしては波長100nm以上の光に限らず、波長100nm未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、近年、70nm以下のパターンを露光するために、SORやプラズマレーザを光源として、軟X線領域(例えば5〜15nmの波長域)のEUV(Extreme Ultraviolet)光を発生させるとともに、その露光波長(例えば13.5nm)の下で設計されたオール反射縮小光学系、及び反射型マスクを用いたEUV露光装置の開発が行われている。この装置においては、円弧照明を用いてマスクとウエハを同期走査してスキャン露光する構成が考えられるので、かかる装置にも本発明を適用することができる。この他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも本発明を適用できる。
また、上記実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン(又は位相パターン・減光パターン)を形成した光透過型マスク(レチクル)を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第6,778,257号明細書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、透過パターンまたは反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク(又は可変成形マスク、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)などを含む)を用いても良い。かかる可変成形マスクを用いる場合には、前述のアライメントマークの検出結果を考慮して、ウエハ上の複数の区画領域のうち、アライメントマーク検出時に露光していたショット領域より後に露光が行われる少なくとも一つの別のショット領域の露光の際に、電子データに基づいて形成すべき、透過パターン又は反射パターンを変化させることで、ウエハとパターン像との相対位置制御を行っても良い。
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、前述した調整方法によりパターンの転写特性が調整される上記実施形態の露光装置で、マスクに形成されたパターンを感光物体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、パターンの転写特性が調整される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の生産性を向上することが可能である。
以上説明したように、本発明の移動体装置は、ガイド面を有するベース上で移動体を駆動するのに適している。また、本発明の露光装置は、物体を露光してパターンを形成するのに適している。

Claims (11)

  1. ガイド面を有するベースと;
    前記ガイド面上を移動する移動体と;
    前記ベースに設けられた第1部材と前記移動体に設けられた第2部材とを含み、前記第1部材と前記第2部材とが協働することで、前記ベースと前記移動体との間に前記移動体を前記ガイド面に沿って移動させる推力を生じさせる平面モータと;
    前記平面モータの推力によって前記移動体が移動する際に発生する、前記ベースと前記移動体とを含む系の重心を中心に生じる回転力をキャンセルする方向の力を、前記ベースに作用させるキャンセル装置と;を備える移動体装置。
  2. 請求項1に記載の移動体装置において、
    前記キャンセル装置は、前記ベースに対して、前記ガイド面に直交する方向の力を、前記ガイド面に平行な面内に関する位置が異なる少なくとも3つの作用点に作用させる移動体装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の移動体装置において、
    前記キャンセル装置は、
    前記ガイド面に直交する直交軸方向に移動する質量体と;
    前記ベースに設けられ、前記質量体を前記直交軸方向に案内するガイドと;
    前記移動体の移動に応じて、前記質量体を前記ガイドに対して移動させるアクチュエータと;を有する移動体装置。
  4. ガイド面を有するベースと;
    前記ガイド面上を移動する移動体と;
    前記ベースと前記移動体との間に、前記移動体を前記ガイド面に沿って移動させる推力を生じさせる駆動系と;
    前記移動体の移動により、前記ベースと前記移動体とを含む系の重心を中心に生じる回転力をキャンセルする方向の力を、前記ベースに作用させるキャンセル装置と;を備え、
    前記キャンセル装置は、前記ガイド面に直交する直交軸方向に移動する質量体と、前記ベースに設けられて前記質量体を前記直交軸方向に案内するガイドと、前記移動体の移動に応じて前記質量体を前記ガイドに対して移動させるアクチュエータとを有する移動体装置。
  5. 請求項4に記載の移動体装置において、
    前記駆動系は、前記移動体に設けられた可動子と、前記ベースに設けられ、前記可動子との間に前記推力を作用させる固定子とを有する平面モータである移動体装置。
  6. 請求項3〜5のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記アクチュエータは、前記ガイド面に平行な面内の前記ベースと前記移動体とを含む系の重心と、前記作用点との距離に応じた加速度で、前記質量体を駆動する移動体装置。
  7. 請求項3〜6のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記アクチュエータは、前記移動体の加速度の大きさに応じた加速度で、前記質量体を駆動する移動体装置。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記移動体は、前記ガイド面と対向する対向面と、該対向面より上部に設けられて前記物体を保持する保持面とを有し、前記推力は前記対向面と前記ガイド面との間に生じる移動体装置。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記ベースは、前記移動体に作用する前記推力の反力によって、前記推力の向きと反対の向きへ移動可能に支持されている移動体装置。
  10. 請求項1〜9のいずれか一項に記載の移動体装置において、
    前記ベースは、前記ガイド面に直交する方向に微少駆動可能に支持されている移動体装置。
  11. エネルギビームの照射により物体を露光する露光装置であって、
    前記物体が前記移動体に保持される請求項1〜10のいずれか一項に記載の移動体装置を備える露光装置。
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